Патент на изобретение №2243250

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к обработке буровых растворов ингибирующими добавками при бурении в неустойчивых глинистых отложениях. Техническим результатом является повышение технологичности, эффективности и экономичности ингибирующей обработки бурового раствора. В способе обработки бурового раствора, включающем перемешивание его с калийсодержащими добавками, едкий калий и алюмокалиевые квасцы предварительно смешивают с водой в реакторе оптимальной геометрической формы при атмосферных термобарометрических условиях окружающей среды, с массовым соотношением компонентов, определяемым рН = 8,5 – 9, после завершения реакции взаимодействия и при практической потребности стабилизируют смесь добавкой водорастворимого высокомолекулярного полимера типа КМЦ-600, а затем перемешивают полученный таким образом комплексный ингибирующий реагент с буровым раствором до гомогенного состояния. 1 табл.

Способ относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к обработке буровых растворов ингибирующими добавками при бурении в неустойчивых глинистых отложениях.

Известен способ обработки бурового раствора путем раздельного прямого введения алюмокалиевых квасцов и гидроокиси калия в товарном виде или в виде их водных растворов [Инструкция по рецептурам, технологии приготовления и химической обработке буровых растворов. – Краснодар: ротапринт НПО “Бурение”, 1989 г., 211 с.].

Основными ингибирующими компонентами при обработке бурового раствора по прототипу являются катион калия (К⁺) и гидроксид алюминия (АlOН₃), образующиеся в результате химического взаимодействия алюмокалиевых квасцов (K₂SO₄· Аl₂(SO₄)₃· 24Н₂О) с гидроокисью калия (КОН) в условиях скважины.

Главный недостаток способа по прототипу, свидетельствующий о его недостаточной технологичности, состоит в том, что прямое введение в раствор сильнодействующих реагентов, в том числе кислого (квасцы) и высокощелочного (гидроокись калия), особенно в товарном виде приводит к временным, но негативным отклонениям параметров бурового раствора от проектных значений (“варят” раствор) – жесткая обработка.

Кроме того, способ обработки по прототипу недостаточно технологичен, так как введение добавок выполняют непосредственно в циркулирующий через скважину буровой раствор. В таких условиях практически невозможно выдерживание заданного соотношения исходных калийсодержащих реагентов в различных частях объема бурового раствора в циркуляционной системе скважины. Это обстоятельство не позволяет достаточно точно спланировать и осуществить реакцию взаимодействия исходных реагентов с образованием ингибирующих компонентов.

В способе по прототипу реакция взаимодействия реагентов между собой с образованием ингибирующих компонентов происходит в среде бурового раствора в неоптимальных условиях. Высоковязкая, многокомпонентная кинетически и термодинамически неустойчивая гетерогенная и неоднородная по составу среда бурового раствора неблагоприятна для организации в нем контролируемого химического процесса. Это обстоятельство не позволяет достаточно точно спланировать и осуществить обработку бурового раствора.

Алюмокалиевые квасцы и гидроокись калия диссоциируют в водной среде до элементных составляющих. При этом образующиеся высокомобильные ионы калия, до взаимодействия с другими химическими элементами из состава исходных добавок, успевают в значительной и неопределенной степени адсорбироваться на минеральных компонентах бурового раствора, стенке скважины, в том числе глубоко проникнуть в проницаемые горные породы разреза. Все это снижает точность выполнения и эффективность обработки бурового раствора способом по прототипу, а последнее обстоятельство ухудшает качество выполнения геофизических работ в скважине.

Геометрическая особенность ствола скважины как химического реактора для образования ингибирующих компонентов в способе по прототипу, не благоприятна для организации химических процессов. Скважина-реактор имеет форму очень вытянутого цилиндра при отношении длины к диаметру от 4000 до 40000. Это сильно затрудняет физический контакт химических компонентов для взаимодействия и химической реакции.

Кроме того, при движении бурового раствора по стволу скважины, в его среде непрерывно и практически нерегулируемо изменяются температура и давление. Температура может измениться в 5-10 раз, а давление – в 100-2000 раз за один цикл циркуляции бурового раствора в скважине.

Перечисленные выше обстоятельства характерны для способа по прототипу. Это свидетельствует о его низкой технологичности, недостаточной эффективности и, как следствие, приводит к перерасходу химических реагентов при обработке бурового раствора.

ЗАДАЧЕЙ предполагаемого изобретения является повышение технологичности, эффективности и экономичности ингибирующей обработки бурового раствора.

Решение задачи достигается тем, что в способе по заявке обработку выполняют в два этапа: предварительно, до введения в буровой раствор, гидроксид калия и алюмокалиевые квасцы смешивают в воде в реакторе оптимальной геометрической формы при термобарометрических условиях окружающей среды добавками их до рН=8,5-9, в смеси после завершения реакции взаимодействия стабилизируют водорастворимым высокомолекулярным полимером типа КМЦ-600, а затем вводят полученный таким образом, готовый к применению комплексный ингибирующий реагент в буровой раствор в необходимой пропорции и перемешивают до гомогенизации смеси.

При первичной обработке рекомендуется вводить 3-5 об.% комплексного ингибирующего реагента к объему бурового раствора. При повторных обработках рекомендуется добавка 2-3% при том же соотношении. Это обеспечивает содержание катионов калия в буровом растворе в допустимых пределах (500-1500 мг/л), что сдерживает скорость увлажнения глинистых пород в требуемых пределах, на уровне 2,5-2,8%/час.

Как и для всех известных калийсодержащих ингибирующих добавок к буровым растворам максимально допустимая добавка комплексного ингибирующего реагента ограничивается содержанием К⁺ в пределах до 3000 мг/л. Это ограничение предотвращает падение удельного электрического сопротивления бурового раствора ниже 0,2 Ом/м, что соответствует требованиям к выполнению электрометрических работ при геофизических исследованиях в скважинах.

При обработке комплексным ингибирующим реагентом по заявке ионы калия в буровом растворе оказываются в менее подвижном состоянии, чем при прямом введении в раствор его исходных компонентов, так как ассоциированны поливалентными ионами серы и алюминия в соединения К[Аl(ОН)₄] и K₂SO₄. Комплексный ингибирующий реагент имеет более высокое удельное электрическое сопротивление, чем растворы исходных калийсодержащих реагентов, а также растворы сернокислого алюминия и хлористого калия при концентрациях с эквивалентной ингибирующей способностью, что предупреждает дополнительное снижение качества геофизических исследований в скважине с его применением.

В таблице приведены примеры обработки бурового раствора известным способом по прототипу и способом по заявке. Опытные данные свидетельствуют о том, что в результате обработки исходного бурового раствора способом по изобретению технологические параметры раствора остаются в пределах более благоприятных значений, чем при обработке способом по прототипу при сопоставимых показателях их ингибирующей способности.

Таким образом, ЗАДАЧА, поставленная выше, решается в полном объеме. В результате обработки способом по заявке буровой раствор приобрел необходимую ингибирующую способность при сохранении значений прочих технологических параметров в допустимых пределах. Обработка бурового раствора осуществляется на более высоком уровне технологичности, обеспечивающим ему более высокую эффективность и экономичность на практике.

Формула изобретения

Способ обработки бурового раствора, включающий перемешивание его с калийсодержащими добавками, отличающийся тем, что едкий калий и алюмокалиевые квасцы предварительно смешивают с водой в реакторе оптимальной геометрической формы при атмосферных термобарометрических условиях окружающей среды с массовым соотношением компонентов, определяемым рН 8,5-9 после завершения реакции взаимодействия и практической потребностью, стабилизируют смесь добавкой водорастворимого высокомолекулярного полимера типа КМЦ-600, а затем перемешивают полученный таким образом комплексный ингибирующий реагент с буровым раствором до гомогенного состояния.