Буровой раствор

.(72) Янош Балас, Миклош Халмош, ЕнеМолнар, Агнеш Патцко., йожеф Сабо,ференц Санто, Вернат Варконьи иЛасло Таши (ВНР)(71) Эсакмадьярорсаги Ведьимювек иКеолай-ЕШ фелдгаэбаньасати ИпариКутато Лабораториум (ВНР)(-56 ) 1. Мухин Л.К. и др. Ойыт применения термостойкого утяжеленногораствора на нефтяной основе при бурении скважины с высокой забойнойтемпературой.-"Бурениеф. 1969, Р 9,с.15-18.2. Патент СйА Р 2900336,кл.252-8,5, опублик. 1959.3. Патейт США У 2900337,кл.252-8.5, опублик. 1959.(54)(57) БУРОВОЙ РАСТВОР, содержащий нефтяную фракцию, свободную отасфальтово-смолистых веществ, эмульгатор, воду, олеофилиэированный барит, обработанный поверхностно-акОПИСАНИК ПАТЕНТУ тивннчи веществами в количестве 3-6 мас.ч. поверхностно-активного вещества на 1000 мас.ч. барнта, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности раствора в условиях сверхглубокого бурения, он дополнительно содержит органофильные глинистые минералы и/или органофильные гуминовые кислоты, в качестве эмульгатора - кальциевую соль жирной кислоты, а в качестве олеофилизированного барита - барит, обработанный натриевой солью жирной кислоты при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:Нефтяная фракция 30-67Органофильные глинистые минералыи/или органофильные гуминовые кислоты О, 3-4Кальциевая сольжирной кислоты 0,9-2Вода 9-14Олеофилизированныйбарит 13-62.эмульсии.При поиске и освоении таких полезных ископаемых, как углеводородсодержащие, а также при ответственном бурении для геологических и подобных целей, применяются для промывки буровых скважин так называемыебуровые растворы.Ранее для этой цели приМенялись,главным образом, так называемые водные буровые растворы.Маслосодержащие, т.е. использующие в качестве носителя масло, буровые растворы стали применяться сбольшим успехом только за последние20 лет и прежде всего для глубокогобурения (глубже чем 3000 м), а также для специальных задач, напримерпри пересечении скважин (сквозныхотверстиях) в слоях из набухающей(вспучиваемой) глины или трескающихся сланцев и при сквозных отверстиях в слоях, подводящих углеводородные вещества.К этим: растворам предъявляютсячрезвычайно высокие (жесткие) требования: при,высоких давлениях итемпературе они должны сохранятьсвои хорошие реологические свойства,свою стабильность, способность кудержанию воды и масла (в них) испособность к оводнению (восстановлению влагосодержания),Главным видом буровых растворовна базе масел являются так называемые черные шламы, содержащие высококипящие фракции минеральных масел,асфальт, асфальтовые смолы и утяжелители Г 13,Черные шламы имеют тот недостаток, что из-за окраски можно толькос трудом отличить, когда скважинадостигла нефтеносных слоев. Крометого, асфальтом и еще больше асфальтовыми смолами забиваются поры нефтесодержащих слоев, имеющих пористуюструктуру.С точки зрения. технологии бурения лучшие свойства проявляют так называемые белые шламы. Белыми шламами называют буровые растворы, которые состоят из высококипящих Фракций нефти (газойль, петролеум и т.д.), глинистых минералов с модифицированной повЕрхностью (бетонит, хекторит, аттапульгит), гуминовых кислот с модифицированной поверхностью или лигнина, далее из двух или трех различных поверхностно-активных веществ.Известны также буровые растворы - так называемые эмульсионные или обратимозмульсионные буровые шламы. Они отличаются от шламов, созданных только на масляной базе, прежде всего тем, что для них основной средойО, 3-4 является эмульсия типа воды (мас -ла) Г 21.Однако данные растворы не пригодны для целей глубокого бурения, таккак не содержат необходимого количе"ства утяжелителя и вследствие этогоне обладают достаточным удельным весом.Известен также буровой раствор(белый буровой шлам), созданный на1 О основе инвертной эмульсии, содержащий нефтяную фракцию, свободную отсмол и асйальтенов, воду, эмульгатор и олеофилиэированный баритбарит, обработыннй поверхностно-активным веществом, выбранным из группы соединений общей ФормулыЩН Ий)КН 1 к 1, или 1 МНзСХ"1где В - алкил или алкенил, Х - кислотный остаток, причем для обработок берут. 3-6 мас.ч, поверхностноактивного вещества на 1000 мас.ч.барита,Известный буровой раствор можетсодержать до 70 вес.% утяжелителя(барита) и сохранятьпри этом стабильность и хорошие реологическиесвойства 1 3,Недостатком известного раствораявляется недостаточно высокая терми- ческая устойчивость, вследствие чего этот раствор неустойчив в условиях сверхглубокого бурения.Целью изобретения является повышение стабильности раствора вусловиях сверхглубокого бурения.35 Указанная цель достигается тем,что предлагается буровой раствор,содержащий следующие ингредиенты,мас.%:Нефтяная фракция,40 свободная от асфальтово-смолистыхвеществ 30-67Органофильныеглинистые минералыи/или органофильные гуминовые кислотыКальциевая сольжирной кислоты 0,9-2Вода 9-1450 ОлеофилизироваОныйбарит, обработанныйнатриевыми солямижирных кислот(3-6 мас.ч. кислот55 на 1000 мас.ч. барита ) 13-62Таким образом, для очень глубокогсбурения необходимы шламы, удельныйвес которых может меняться в широких60 пределах (1,0-2,5 г/см") без существенного изменения реологическихсвойств шламов. Если, например, предел текучести - сопротивление движению по ВцпЬащ) шлама через 10 си через 10 мин исследовать после65 среза (отрыва), то оба значения должны быть близки друг к другу и лежать в пределах 25-250 дин/см,Кроме того, шлам.при больших давлениях и температурах должен оставаться стабильным и отдавать жидкостьтолько в малых величинах (100 млшлама при 7 атм в течение 30 минмогут потерять максимум 7 мл жидкости), а также из шлама не долженосаждаться утяжелитель (максимально 10допустимая толщина осадка из шлама2,5 мм). Кроме того, не должны Ухудщаться реологические свойства (свойства текучести) также и при длительном воздействии высокой температуры 15(220 С в течение б ч) и не должнауменьшаться ни кажущаяся, ни дифференциальная вязкость.Обеспечение Ьлеофильности утяжелителей может проводиться различными способами. Целесообразно готовитьиз твердых. Утяжелителей водную суспензию и добавлять в нее при активном перемешивании необходимое количество тензидов. Затем осаждают олеофильные утяжелители, фильтруют,отмывают, сушат и дезинтегрируют(размельчают),Степень олеофильности, до которойдолжны быть доведены утяжелители,определяется как адссрбцией, объе- З 0мом осаждения, скоростью осаждения,Так и реологическими свойствами.Иэ-за этого множеста Факторов былипроведены многочисленные опыты вгазойле с суспенэиями из сделанных 35поверхностно-олеофильными сульфата.бария, карбоната кальция, кварца идругих утяжелителей. Выли исследова.нь 1 также суспензии, изготовленные изсмеси представленных материалов 40совместно с органофильными глинистыми минералами и органофильными гуминовыми кислотами,Эксперименты показали, что при применении утяжелителей поверхност .ные свойства которых были модифицированы с целью создания олеофильности, у суспензий получаются су. - щественно другие свойства, а именно: другая стабильность, способность 5( удерживать масло, другие реологические свойства (предел текучести, вязкость, тиксотропия и т.д.). Эти свойства чрезвычайно важны для технологии бурения, путем подбора Уровня 55 олеофильности можно регулировать эти свойства в зависимости от потребности в широких пределах.Олеофилизированные утяжелители хорошо сочетаются в буровом шламе с 60 органофильной глиной и органофильными гуминовыми кислотами. Последнему придается при образовании структуры суспензии чрезвычайно большое значение. Если только часть наружной поверхности утяжелителей покрыта олеофилизирующим ПАВ (0,2-0,3 г ПАВ на 100 г утяжелителя), то поверхность имеет олеофильную - олеоФобную микромозаичную структуру, В этом случае возникают между частицами утяжелителя и газойля относительно значительные силы адгезии, с помощью которых в шламе поддерживается нужная устойчивость структуры и стабильность. Это необходимо для масляных шламов, изготовленных с относительно небольшим удельным весом (1,00- 1,70 г/смф), Для этих шламов, таким образом, применяется для олеофилизации утяжелителя 0,2-0,3 вес.В ПАВ.Чем выше удельный вес необходимого бурового шлама, тем больше он должен содержать утяжелителя. Это может быть достигнуто при более высоком уровне олеофильности утяжелителя (0,4-0,б вес.В ПАВ), так как в таких случаях выгодно, если вся поверхность утяжелителя покрыта молекулами ПАВ. Необходимая стабильность суспензии может быть гарантирована только системой, хорошо увлажняемой маслом, с высокой степенью заполнения объема.Далее было найдено, что с поверхностно-олеофильными утяжелителями могут быть получены не только масляные буровые шламы, но и буровые шламы на базе так называемых обратимых эмульсий. Эти буровые шламы, средойкоторых является обратимая водомасляная эмульсия, важны тем, что их реологические свойства с увеличением температуры меняются на меньшую величину, чем в случае шламов со средой в виде чистого масла.При изготовлении предлагаемого состава буровых шламов было найдено, что олеофильные глины, используемые как среда для первого перемеши-. вания, сначала размачиваются и затем ептизируются, в то время как утяжеители, имеющие олеофильные поверх- ости, дезагрегируются. Таким образом, создается система с полностью гомогенным распределением, Пептиэация органофильной глины и дезагрегация олеофильных утяжелителей могут быть желательны при целесообразно выбранных добавках, например сульфате гидроокиси, щелочи, аддукте окиси этилена и олеиновой кислоты и других. При изготовлении шламов на основе обратимых эмульсий было установленб, что особо стабильной становится водомасляная эмульсия, когда эмуль гирующее средство образуется вовремя процесса эмульгирования награничной поверхности воды и,масла(причем до этого были разбавлены вода или масло) из безводных или без 1069630масляных составляющих, Предлагаемый состав белых буровых шламов, содержащих масло или обратимые эмульсии, с избытком обладает всеми свойстваМи, требуемыми в соответствии с техникой бурения. 5Удельный вес этих шламов можно регулировать в широких пределах (1,00-2,50 г/смф) . Ни их кажущаяся, ни их дифференциальная вязкость не уменьшаются, пределы текучести, изме- О Ренные непосредственно после среза (Отделения части шлама) или 10 мин позже, лежат очень тесно друг к другу и незначительно меняются при выСоких температурах (220 С и выше). При высокой температуре хорошо сохраняется свойство удерживать масло м воду, и из буровых шламов почти не 1 ыделяется осадка, Особое преимущесво предлагаемого бурового шлама на эснове обратимых эмульсий состоит в том, что он в случае прорыва воды в скважину поглощает воду, не меняя при этом существенно своих свойствПри изготовлении масляных буроых шламов смачиваются способствую 25 ,ие набуханию и пептизации ПАВ при .0-50 С и высококипящих (свыше 200 фС) рракциях нефти, например в газойле, атем при интенсивном перемешивании сдаются органофильные глины и гуми ЗО овые кислоты и, в заключение, проедят гомогенизацию утяжелителей, оторые делаются олеофильными.При изготовлении предлагаемых бу- З 5 овых шламов на основе обратимых мульсий сначала растворяется 1 вес.Ъ жирных кислот с 6-30 атомал углерода в высококипящих Фракциях ефти, затем при интенсивном перемедивании добавляют 10-40 вес.Ъ воды, содержащей 1-10 вес. от веса воды Гашеной извести. К подготовленной Таким образом обратимой эмульсии добавляют сначала ПАВ, способствующие йабуханию и пептизации, а затем при 45 интенсивном перемешивании порциями Юрганофильные глины и/или гуминовые кислоты, и в конце процесса перемешивается и гомогениэируевся раствор с утяжелителями, имеющими олзофиль О ные поверхности. П р и м е р 1. В 100 г гаэойля при 20-40 С растворяется 1 г нормаль.ного оцетилсесквигидрофосфата и и 55 раствор при энергичном перемешивании добавляется 4,4 г 1 ЧЕСЕЬ (органоФильный бентонит: изготовитель ЕзгаМвауагогзгад 1 (Венгрия), далее в течение 10 мин перемешивают, Затем оставляют суспензию на ночь. 6 О На другой день раствор заново гочогениэируют путем перемешивания в течение 10 мин, затем добавляются порциями 106 г осажденного бирита (сульфита бария). 65 ф П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1, но отличается тем, что вместо чистого сульфата бария добавляется 106 г сульфата бария, которому придана олеофильность с помощью добавки 0,2 вес.% натриевой соли жирных кислот (натриум олеат).П р и м е р 3. Аналогичен примеру 1, но вместо 106 г осажденногосульфата бария применено 106 г осажденного сульфата бария, которому придана олеофильность добавкой0,3 вес.З натриевой соли жирных кислот (олеата натрия).П р и м е р 4. Суспензия готовится так же, как описано в примере1, но содержит вместо 106 г осажденного сульфата бария 106 г осажденного сульфата бария, которому придана олеофильность добавкой 0,4 вес.Ъ олеата натрия.Важнейшие реологические свойства буровых шламов, изготовленных в соответствии с примерами 1-4, приведены в табл.1.Из табл.1 видно, что путем добавки сульфата бария с разной степенью олеофильности у исходных одинаковых составов с одинаковым удельным весомсущественно снижается предел текучести по В 1 пЬав "и пластическая вязкость ъф буровых шламов.П р и м е р 5, Со 100 г газойля при 20-40 С смешивают 3,0 г эмульгирующего средства; например ЕСЬопзеп 8-12 (кальциевого мыла жирных кислот), и 20 г воды. Затем небольшими порциями добавляют при энергичном перемешивании 6,0 г 1 ЧЕОЕЬ (органоФильный бентонит), По окончании добавления раствор еще 10 мин перемешивают, оставляют стоять на ночь, снова на другой день перемешивают в течение 10 мин и затем добавляют сначала 1 г н-октил-сескви гидрофосфата, и потом йри интенсивном перемешивании порциями 20 г измельченного барита, которому придана олеоФильность с помощью 0,2 вес.% натриевых солей жирных кислот.П р и м е р б. Аналогичен при- меру 5 с отличием, что применено5 г 1 ЧЕОЕЬ и 106 г измельченного барита, которому придана олеофильность добавкой 0,3 вес.Ъ натриевых солей жирных кислот. П р и м е р 7. Аналогичен прчмеру 5, только вместо данного там количества применено 1,8 г 1 ЧЕПЕЬ и 178 г измельченного барита, которому придана олеофильность добавкой 0,4 вес.% натриевых солей жирных кислот.П р и м е р 8. Аналогичен примеру 5, но используют 1,5 г 1 ЧЕСЕЬ и 196 г измельченного барита, кото рому придана олеойильность добавкой1069630 Кроме того, в каждом примере произведены два замера: замер соответствует комнатной температуре, замер 1 является результатом измерения после 16-часового воздействию температуры 220 С.Т а б л и ц а 1 Пример Количество олеата натрия Удельный вес, Цна 100 г сульфата бария, г/смэ дин/см 7 у,аг 1,5 580 80 1,5 0,2 180 21 0,3 1,5 13 1,5 45 5- предел текучести по В 1 пьав- пластическая вязкость Таблица 2 параметр Примеры 1,10 1,50 1,50 2,00 2,00 2,24 2,24 2,00 2,00 1,10 67 86 74 98 87,5 10287 102 .51 . 69 57 76 69 84 67 86 37 48 27 37 22 24 58 57 63 63 80,5 62,5 77 43 0,6 вес.Ъ натриевых солей жирныхкислот,П р и м е р 9. Аналогичен примеру 7, однако перед добавкой смеси,содержащей 1,5 г 17 ЕСЕЬ и 178 г измельченного барита, которому приданаолеофильность добавкой 0,4 вес.% натриевой соли жирных кислот, добавляется 1,5 г органофильных гуминовыхкислот.Реологические параметры и устойчивость свойств эмульсионных буровых шламов, приготовленных согласнопримерам 5-9, приведены в табл.2Кажущаяся и дифференциальная вязкостьбыла измерена ротационным вискоэиметром по Папп/у при 600 об/мин.Предел текучести через 10 с и 10 минпосле среза был измерен выскозиметром того же типа. Выделение жидкости,так же как и количество осадка (толщина осадка из шлама), определялисьчерез 30 мин при 7 атм. Один раз измерения проводились при комнатнойтемпературе, другой - после 16-часового воздействия 220 С. В последнем случае была температура буровогошлама еще при измерении 220 фС.Из данных табл.2 хорошо видно,.что предлагаемые буровые шламы , имеющие очень различный удельный вес30(1,10-2,20 г/см ), обнаруживают примерно идентичные реологические свойства и являются очень стабильными,почти независимыми от температуры,системами.В табл.2 параметры растворов обозначены уледующим образом:1. - Удельный вес, г/см,2. - Кажущаяся вязкость, сП (измеренная ротационным вискозиметромпо Папп/у при 600 об./мин).3. - Дифференциальная вязкость,сП (измеренная так же).4. - Сопротивление движения через 10 с, дин/см(измеренное ротационным вискозиметром по Папп/у)5. - Сопротивление двйжению через 10 мин, дин/см(измеренное ротационным вискозиметром .по Папп/у).б. - Потеря жидкости, мл (иэ100 мл при 7 атм в течение 30 мин).7. - Толщина воды в потеряннойжидкости, мл.8. - Толщина осадка шлама, мл.Заказ 11511/60 Тираж 638 Подписное ВНИИПИ Государствейного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауюская наб., д.4/5