Патент на изобретение №2328513

(54) БУРОВОЙ РАСТВОР ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПЕРЕХОДОВ ПОД ЕСТЕСТВЕННЫМИ И ИСКУССТВЕННЫМИ ПРЕГРАДАМИ МЕТОДОМ ГОРИЗОНТАЛЬНО НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительству переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения, а именно к составу раствора, используемого при строительстве таких переходов. Технический результат – повышение смазочных и ингибирующих свойств бурового раствора при одновременном повышении его способности удерживать во взвешенном состоянии выбуренную породу и выносить ее на поверхность при строительстве переходов. Буровой раствор для строительства переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения содержит, мас.%: глину 1,0-2,9, понизитель фильтрации 0,2-0,4, модифицирующую добавку – реагент ФК-1 3,1-5,0, воду остальное. 1 табл.

Изобретение относится к строительству переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения, которое представляет собой бестраншейную прокладку трубопроводов на значительной глубине от пересекаемых препятствий, а именно к составу раствора, используемого при строительстве таких переходов.

Известны полимерные недиспергирющие растворы, содержащие различные смазочные и ингибирующие добавки (1). (Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин. М.: Недра, 1984 г., с.39-54).

Недостатком известных составов является то, что они не позволяют достичь требуемых параметров для данных условий бурения, а именно не обладают достаточными ингибирующими и смазывающими свойствами.

Наиболее близким к заявляемому является буровой раствор, содержащий глину, воду, понизитель фильтрации, смазочную добавку, в качестве которой используется хлопковый фосфатидный концентрат.(2) (А.с. SU №1640141, кл, С09К 7/02, 1991 г.).

Недостатками известного бурового раствора являются низкие смазочные и ингибирующие свойства и низкая способность удерживать во взвешенном состоянии и выносить породу на поверхность при бурении переходов.

Задачей настоящего изобретения является повышение смазочных и ингибирующих свойств бурового раствора при одновременном повышении его способности удерживать во взвешенном состоянии выбуренную породу и выносить ее на поверхность при строительстве переходов.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что известный буровой раствор для строительства переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения, включая глину, понизитель фильтрации, модифицирующую добавку и воду, согласно изобретению, в качестве модифицирующей добавки содержит реагент ФК-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Техническим результатом данного изобретения является состав раствора, позволяющий получить стабильный буровой раствор с высокими удерживающими и транспортирующими свойствами, способствующими эффективной очистке ствола скважины от выбуренной породы, а также смазочные и ингибирующие свойства, позволяющие получить устойчивые стенки перехода, обеспечивающие в дальнейшем беспрепятственную протяжку дюкеров.

В качестве понизителя фильтрации используется КМЦ-600, КМЦ-700 или полимерные реагенты акрилового ряда.

В качестве модифицирующей добавки используется реагент ФК-1. Реагент является ингибирующей смазочной добавкой, состав и свойства которой описаны в статье «Опыт применения экологически безопасной смазочной добавки ФК-1 в буровых растворах при бурении нефтяных и газовых скважин на Кубани» (3) (журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», №10, 1998 г., с.10-14).

Применение в качестве модифицирующей добавки реагента ФК-1 в количестве 3,1-5,0 мас.% позволяет получить высокоингибированный раствор с антиприхватными свойствами, препятствующий проявлениям обвалообразований неустойчивых пород стенок скважины, кольматирующий в ней поры и трещины и создающий на стенках перехода тонкую, малопроницаемую корку.

Соотношение пластической вязкости и динамического напряжения сдвига систем заявленного состава указывает на удерживающую и выносящую способности раствора, которые позволяют эффективно очищать забой и ствол скважины от выбуренной породы и удерживать шлам во взвешенном состоянии после прекращения промывки.

Это достигается особым строением молекул, входящих в состав реагента ФК-1: наличием «гидрофильной головы», образованной полярными остатками фосфорной кислоты, азотистого основания или спирта, и «гидрофобного хвоста», образованного алифатическими цепями остатков жирных кислот. При этом важным для решения поставленной цели является количественное содержание (не более 20%) насыщенных стеариновой, пальмитиновой и других кислот, входящих в структуру фосфаридного концентрата и масел. Влияние реагента ФК-1 на свойства раствора обусловлено своеобразной ориентацией его молекул, полярные группы связаны с поверхностью трения, а неполярная часть направлена наружу, образуя своеобразный «молекулярный ворс». Последний достаточно прочен и гибок, чтобы воспринимать нагрузку и обеспечивать движение трущихся поверхностей по слою адсорбированных молекул.

Буровой раствор получают механическим смешиванием компонентов в заявляемых пределах содержания. Подробнее описание приготовления растворов приведено далее по тексту в примерах 1-9. После получения однородного раствора определяют его свойства.

Технологические свойства растворов определяют по стандартным методикам на стандартных приборах. Ингибирующую способность оценивают показателем увлажняющей способности (По, %/час) специально приготовленных глинистых образцов. Смазочную (антиприхватную) способность определяют в паре «фильтрационная корка-металл» на усовершенствованном приборе СНС-2 по коэффициенту сдвига корки (КСК). Реологические свойства буровых растворов оценивают на ротационном вискозиметре ВСН-3 (СНС 1/10, Па; _ПЛ; мПа·с; ₀, Па).

Состав, общетехнологические, фильтрационные, ингибирующие, смазочные свойства растворов приведены в прелагаемой таблице. Составы растворов приведены в прилагаемой таблице. Состав растворов приведен в мас.%, что соответствует количеству реагентов в граммах, необходимых для приготовления 100 г раствора.

Пример 1. Из 89,9 г воды (89,9%) и 7 г глины (7%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при переметывании в течение 1 часа готовят глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,1 г (0,1%), перемешивают 30 мин, затем вводят 3 г (3%) хлопкового фосфатидного концентрата (ХФК) и перемешивают 15 мин. После чего замеряют все параметры полученной суспензии. Результаты полученных параметров приведены в таблице.

Пример 2. Из 89,9 г (89,9%) воды и 7 г (7%) глины (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,1 г (0,1%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 3,0 г (3,0%) хлопкового фосфатидного концентрата (ХФК) и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 10 г (10%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.

Пример 3. Из 94,2 г (94,2%) воды и 2,9 г (2,9%) глины (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,4 г (0,4%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 2,5 г (2,5%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии замеряют ее параметры. Результаты полученных параметров приведены в таблице.

Пример 4. Из 94,2 г (94,2%) воды и 2,9 г глины (2,9%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,4 г (0,4%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 2,5 г (2,5%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 10 г (10%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.

Пример 5. Из 93,6 г (93,6%) воды и 2,9 г глины (2,9) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,4 г (0,4%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 3,1 г (3,1%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 10 г (10%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.

Пример 6. Из 94,7 г (94,7%) воды и 1,0 г глины (1,0%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,3 г (0,3%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 4,0 г (4,0%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 10 г (10%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.

Пример 7. Из 94,3 г (94,3%) воды и 2,0 г глины (2,0%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,2 г (0,2%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 3,5 г (3,5%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 15 г (15%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.

Пример 8. Из 92,8 г (92,8%) воды и 2,0 г глины (2,0%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), в количестве 0,2 г (0,2%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 5,0 г (5,0%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 15 г (15%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.

Пример 9. Из 91,8 г (91,8%) воды и 2,0 г глины (2,0%) (бентопорошка в расчете на сухой продукт) при перемешивании готовят в течение 1 часа глинистую суспензию. Добавляют понизитель фильтрации, например карбоксиметилцеллюлозу (1СМЦ), в количестве 0,2 г (0,2%), перемешивают 30 мин. Затем вводят 6,0 г (6,0%) реагента ФК-1 и перемешивают 15 мин. После получения однородной суспензии в раствор добавляют 15 г (15%) шлама, в качестве которого используют высушенную выбуренную породу, перемешивают 1 час. Замеряют параметры полученной ступени. Результаты полученных параметров приведены в таблице.

Шлам добавляется к буровым растворам для испытаний сверх 100 мас.%, чтобы оценить их способность удерживать выбуренную породу во взвешенном состоянии и выносить ее на поверхность, то есть оценить обеспечение достижения указанной цели.

Как видно из данных, приведенных в таблице, растворы предлагаемого состава (примеры 4-7) имеют лучшие смазочные, ингибирующие, реологические свойства, отличаются стабильностью по сравнению с известными буровыми растворами (примеры 1,2). Содержание в растворе реагента ФК-1 менее 3,1% не дает эффекта в улучшении параметров (пример 3), а содержание реагента ФК-1 более 5,0% является нецелесообразным, т.к. при такой концентрации наблюдается резкое повышение показателя условной вязкости, что резко снижает подвижность глинистой системы.

Таким образом, данные, приведенные в таблице, свидетельствуют о новом влиянии реагента ФК-1 в заявляемых концентрациях на параметры глинистого раствора, что позволяет получить системы с улучшенными ингибирующими, смазочными свойствами, а реологические параметры способствуют повышению удерживающей и выносящей способностей системы. Заявляемая система отличается при этом стабильностью во времени.

Система обладает малокомпонентным составом, поэтому отличается мобильностью управления ее свойствами. Это позволяет использовать систему при строительстве переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения в различных геологических условиях.

Таблица
№ примера	Шлам, мас.%	Состав бурового раствора, мас.%					Свойства полученных буровых растворов									Стабильность буровых растворов, , г/см3
		Глина	КМЦ	ХФК	ФК-1	Вода	, г/см3	Т, С	СН 1/10 Па	Ф, см3	pH	КСК	По, %/час	пл., Па·с	о, Па
																1 час		6 час		24 часа			48 часов
																верх	низ	верх	низ	верх		низ	верх	низ
1.	–	7,0	0,1	3,0	–	89,9	1,05	32	6/9	6,0	8,2	0,20	4,16	10,0	15,0	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05		1,05	1,05
2.	10	7,0	0,1	3,0	–	89,9	1,12	51	18/21	6,0	8,25	0,22	4,2	16,0	30,0	1,10	1,14	1,08	1,16	Выпадение шлама
3.	–	2,9	0,4	–	2,5	94,2	1,02	35	9/21	5,0	8,5	0,17	2,37	10,0	27,0	1,02	1,02	1,02	1,02	1,02	1,02		1,02	1,02
4.	10,0	2,9	0,4	–	2,5	94,2	1,09	49	21/39	4,0	8,5	0,17	2,3	23,0	54,0	1,09	1,09	1,09	1,09	1,07	1,11		1,05	1,13
5.	10,0	2,9	0,4	–	3,1	93,6	1,09	55	38/114	4,0	8,15	0,14	1,8	23,0	81,0	1,09	1,09	1,09	1,09	1,09	1,09		1,09	1,09
5.	10,0	1,0	0,3	–	4,0	94,7	1.07	68	24/69	4,0	8,17	0,12	1,6	29,0	123,0	1,07	1,07	1,07	1,07	1,07	1,07		1,07	1,07
7.	15,0	2,0	0,2	–	3,5	94,3	1,12	72	30/105	4,0	8,2	0,12	1,7	38,0	108,0	1,12	1,12	1,12	1,12	1,12	1,12		1,12	1,12
9.	15,0	2,0	0,2	–	5,0	92,8	1,12	86	42/120	3,5	8,0	0,12	1,6	40,0	131,0	1,12	1,12	1,12	1,12	1,12	1,12		1,12	1,12
9.	15,0	2,0	0,2		6,0	91,8	1,12	123	72/136	3,5	8,0	0,12	1,6	25,0	195,0	1,12	1,12	1,12	1,12	1,12	1,12		1,12	1,12

Формула изобретения

Буровой раствор для строительства переходов под естественными и искусственными преградами методом горизонтально направленного бурения, включающий глину, понизитель фильтрации, модифицирующую добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки он содержит реагент ФК-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%: