автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка и совершенствование гидрогелевых буровых растворов с целью повышения скорости бурения, качества вскрытия продуктовых пластов и снижения стоимости строительства скважин

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА НПО "БУРЕНИЕ" (АООТ НПО "Бурение")

РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОГЕЛЕВЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ С '^ЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ БУРЕНИЯ, КАЧЕСТВА ВСКШТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ И СНИЖЕНИЯ СТОИМОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН

Специальность 05.15.10 - Бурение скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук -

На правах рукописи

ФЕДОСОВ Ростислав Иванович

Краснодар - 1996

Работа выполнена в акционерном обществе открытого типа НПО "Бурение" Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Пеньков А.И. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мариампольский H.A. кандидат химических наук Мойса D.H.

Ведущее предприятие АО "ЛУКойл-Нижневолжскнефть"

Защита состоится J9 CiKfiCW_ 1996 г.

в "/Л часов на заседании специализированного совета Д 104.04.01 при АООТ НПО "Бурение" по адресу: 350062, г.Краснодар, ул.Ыира, 34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АООТ НПО "Бурение"

Автореферат разослан

vi

1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук а-Л.И.Рябова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Общее развитие экономики страны определяется энерговооруженностью ее отраслей. Одним из основных направлений роста энерговооруженности является увеличение добычи нефти и газа и снижение их себестоимости. В решении этой задачи большая роль принадлежит созданию и освоению технологических процессов и технических средств для бурения нефтяных и газовых скважин со скоростью, превышающей достигнутую в 2-3 раза.

Известно, что повышенное содержание твердой фазы, особенно глинистых частиц в промывочном раствора, высокая вязкость, накопление выбуренной породы и высокие перепады давления в зоне работы долота, значительно снижают технико-экономические показатели бурения. При этой ухудшаются условия работы бурового оборудования, допускается перерасход химических реагентов, обусловленный трудностью регулирования технологических свойств бурового раствора.

Наряду с указанным, на стенках скважин формируется толстая глинистая корка, вызывающая затяжки, прихваты инструмгнта и при цементировании не позволяющая провести достаточно полное вытеснение промывочного раствора, что вызывает осложнения и снижает качество крепления скважин.

Поэтоцу актуальным является создание таких систем буровых растворов, которые по своецу составу являлись бы не только безглинистыми, но и растворами без твердой фазы, независимо от свойств разбуриваемых горных пород.

Создание эффективных полимерных растворов, не содержащих структурообразующей твердой фазы, и широкое их применение - важ-невпее условие для обеспечения роста скорости бурения. Кроме того полимерные растворы способствуют сохранению целостности стволов

скважин, повышению качества крепления, улучшение показателей работы долот, снижен ив расхода материалов и химических реагентов, а также при первичном вскрытии они обеспечивают сохранность кол-лекторских свойств продуктивных пластов, а на стадии вызова притока, в результате химической обработки, представляется возможным в перспективе переводить эти растворы в пену.

Основополагающим способом решения этих задач является применение буровых растворов на основе гидрогелей полимеров, которые не имеет твердой фазы и свободны от всех недостатков и последствий, связанных с ее присутствием в буровом растворе, устойчивых к полиминеральной агрессии и действию СО^ и сероводорода.

В России геологические условия, благоприятствующие эффективному использование гидрогелевых растворов, имеются в республике Коми, Татарии, Бшкирии, Западной Сибири и других регионах, где бурение ведется на растворах с низкой плотностью, а температуры в скважинах не превышают 140°С.

По прогнозной оценке, бурение, где возможно применение подобных систем растворов, составит в 90-х годах около 35^ от общего объема бурения.

Для создания таких систем необходимы особые реагенты - полимерная основа, из числа природных и синтетических водорастворимых полимеров. Ориентировочная потребность отрасли в »тих реагентах, с учетом роста объемов бурения, составляет от 2 до 5 тысяч тонн в год.

Основными видами реагентов для стих целей являются биополимеры и синтетические полимеры, специфичность свойств которых обусловливается вводом в раствор "сшивающих" добавок, различной химической природы.

Применение полимерных гидрогелевых буровых растворов обеспе-

чивает увеличение механической скорости бурения, уменьшение расхода долот, сокращение сроков строительства и освоения сквгиин и повышение качества вскрытия продуктивных пластов. Поэтоцу постановка и решение этой задачи представляет собой не просто теоретическую или узко практическую проблеет, а является непреходящей задачей первостепенной важности, имеющей большое народохозяйст-венной значение.

Цель работы. Повышение качества вскрытия продуктивных пластов, скоростей бурения и снижение стоимости строительства скьажин путем разработки совершенствования и промышленного использования гадрогелевых безглинистых растворов, сохраняющих стабильность технологических свойств в условиях повышенных температур, кинерализа-ции, наличия и сероводорода и обеспечивающих высокий уровень технико-эконоияческих показателей бурения и заканчивания сквааин.

Основные задачи исследований

1. Обоснование требований к составам и свойствам безглинистых и с низким содержанием твердой фазы растворов.

2. Разработка рецептур полимерных гидрогелевых буровых растворов, минерализованных и неминерализованных на основе биополимера Криптан и оксиэтилированной целлюлозы, обладающих комплексом оптимальных реологических и фильтрационных свойств.

3. Разработка технологии приготовления и регулирования технологических свойств полимерных гидрогелевых растворов при бурении и заканчивании скважин.

4. Разработка безглинистой системы бурового раствора на водной основе для условий сероводородной агрессии и АВПД.

5. Проведение промышленных испытаний и внедрение полимерного гидрогелевого раствора для бурения скважин на площадях ПО "Нижне-волжскнефть".

Методы решения поставленных задач. Для ранения поставленных

задач применялись: теоретический анализ, экспериментальные методы. ,

илеяшШия реомгияеехиг с£оа(Ы исследований, новейшие отечественные и зарубежные методики/- "Рол-

линг тест", "Методика определения увлажняющих свойств буровых раст-

Нкучная новизна. Впервые изучен механизм структурирования и стабилизации минерализованных и не минерализованных полимерных гид-рогелевых растворов на основе биополимера Криптан и оксиэтилцеллю-лозы, путем образования комплексных органоминеральных частиц дисперсной фазы при взаимодействии полимера с солями хрома 13 и железа три.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны на уровне изобретений (A.C.СССР JP 747II5, A.C.СССР № 831774, А.С.СССР i 912746, А.С.СССР * 971861) составы полимерных гидрогелевых растворов и способы их приготовления (A.C. СССР № 543255, А.С.СССР JP 1546463, A.C. J? 1724674).

Установлено, что гидрогелевые буровые растворы на основе Крип-тана и оксиэтилцеллюлозы при регулируемом соотношении компонентов обладают специфическими реологическими и фильтрационными свойствами, обеспечивающими минимальные значения вязкости при высокой начальной фильтрации в зоне долота и высокую вязкость при низкой водоотдаче при движении в затрубье.

Показано, что при оптимальном составе компонентов за счет хорошей кольматирующей способности гидрогелевый раствор ингибирует процесс гидротации глин и препятствует загрязнению продуктивного пласта.

Практическая ценность. Промышленные испытания и внедрение полимерного гидрогелевого раствора на основе оксиэтилцеллюлозы (ОЭЦ) и солей трехвалентного хрома взамен глинистого хлоркальциевого при

воров" по профессору

бурении и заканчнвании скважин на площадях ПО "Нижневолжскнефть" позволили:

- увеличить механическую скорость бурения от II до 4Ufo и проходку на долото от 18 до 24($;

- сократить затраты времени и материалов на приготовление и регулирование свойств раствора до Z%\

- доказана возможность и эффективность применения пластовых вод для приготовления безглинистых буровых растворов на основе гидрогеля оксиэтилцеллвлозы и органических солей трехвалентного хрома и железа;

- разработан состав и технология приготовления гидрогелевого бурового раствора на основе минерализованных пластовых вод (A.C. Р 1724674, приоритет от 16.04.90 г.), внедрение которого позволяет уменьшить каверкозность, улучзить качество крепления скважин, повысить проходку на долото и механическую скорость бурения.Снизить затраты времени и средств на приготовление раствора;

- для бурения в условиях АВПД и наличии сероводорода разработан буровой раствор на водной основе, позволяющий снять ограничения на получение геофизической информации, по сравнению с раствором на нефтяной основе.

Реализация работы в промышленности. Разработанный по результатам исследований полимерный гидрогелевый раствор на основе ОЭЦ и солей трехвалентного хрома внедрен в практику бурения скважин в ПО "Нижневолжскнефть". Всего с применением данного раствора за период 1986-1992 годы пробурено б скважин с общим экономическим эффектом 120 тысяч рублей по ценам 1990 года.

Основные задзщаеиые положения

I. Результаты экспериментальных исследований структурно-механических, реологических и фильтрационных свойств гидрогелевых

буровых растворов на основа биополимера Криптан и на основе окси-этилцеллюлозы (ОЭЦ) и солей трехвалентного хрома, с использованием пресных и минерализованных пластовых вод.

2. Состав, технология приготовления и применения гидрогелево-го бурового раствора на основе ОЭЦ и солей трехвалентного хрома -пресного и с применением минерализованных пластовых вод.

3. Состав, технология приготовления гидрогелевого бурового раствора в условиях АВПД и наличии сероводорода.

4. Данные экспериментальных исследований ингибирующих и фло-кулирущих свойств безглинистых буровых растворов на основе ОЭЦ и солей трехвалентного хрома.

5. Данные исследований полимерных гидрогелевых растворов для вскрытия продуктивных пластов, содержащих в своем составе кислото-растворимый утяжелитель, неиногенные и катионоактивные ПАВ в виде индивидуальных и комплексных добавок.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на отраслевом научно-техническом совещании "Разработка и применение кремний, -фосфоросодержащих и других химических реагентов в нефтяной промышленности" (при бурении скважин), г.Краснодар, 10-16.мая 1983 г., на X Международной конференции по геохимическим и физико-химическим проблемам при разведке и добыче нефти и газа "Петрогеохим-82", г.Варна, НРБ, 1982г.; на XI Международной научной конференции "Петрогеохим-85",г.Висла, ПНР, 1985 г.; на научно-техническом совещании ПО "Нижневолжскнефть" на тецу "Научно-технический прогресс в бурении", г.Волгоград, 9 декабря 1985 г.; на семинаре отдела буровых растворов ВНИИКРнефти;на заседании научно-технического семинара по предварительной экспертизе диссертационных работ, представляемых на соискание ученой степени кандидата технических наук в специализированный совет

Д 014.04.01 при ВНИИКРнефти, НПО «Бурение«.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано II печатных работ и 7 авторских свидетельств.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, содержащего ./.00 наименований и приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит рисунков и£0 таблиц.

С0ДЕР2ШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш и сформована цель работы.

В первой главе приведен анализ современного состояния исследовательских работ и проблем промышленного применения полимерных буровых растворов.

Отмечено, что на данном этапе развития значительно углубились представления о влиянии буровых растворов на процессы бурения и заканчивания скважин. В свете современных представлений, процесс физико-химического взаимодействия раствора с горными породами влияет не только на скорость разрушения пород на забое, но и на устойчивость стенок скважин, сложенных легкогидратиру-емымп горными породами. Наряду с этим на скорость разрушения горных пород значительно влияет большая величина перепада давлений, а также темп ее выравнивания. Установлено, что ускорение уравнивания давлений достигается при использовании растворов с высокой "мгновенной" водоотдачей, , при одновременном сохранении низкой интегральной фильтрации.

Известно также, что такими свойствами обладают полимерные безсдвиговые и низкоструктурированные малоглинистые буровые растворы, использование которых требует обязательного примене-

ния трехступенчатой механической систем» очистки этих растворов от выбуренной породы.

Показано, что дальнейшим этапом совершенствования указанных систем являются безглинистые структурированные буровые растворы на основе гидрогелей полимеров. При использовании этих растворов сочетаются преимущества бурения на воде (рост скорости бурения и проходки на долото) и специальном псевдопластическом растворе (обеспечение высокой степени очистки и устойчивости ствола скважин).

Отмечено также, что уменьшение увлажнения глинистых пород можно достичь с помощью полупроницаемых мембран, которые образуются в процессе бурения на стенках скважин за счет полимеров, использованных в особых системах буровых растворов. Такими особыми системами являются гидрогели, приготовленные на основе биополимеров и оксиэтилцехлюлозы в сочетании с хромовыми и железными солями. Наряду с этим гидрогелевые системы могут включать мощные ингибирующие добавки, например, оксиды кальция и цин-

м(СоМ;ХпО).

Рассмотрены основные направления научно-исследовательских и опытно-промышленных работ в стране и за рубежом в области создания безглинистых буровых растворов и новых полимерных материалов к ним.

Показаны направления развития безглинистых буровых растворов на основе полисахаридов микробиологического происхождения (биополимеров) и синтетических полимерных продуктов (ОЭЦ, КМОЭЦ и др.).

Рассмотрен ряд рецептур буровых растворов на основе биополимеров. Показано, что существенным недостатком этих систем и самих биополимеров является их неспособность в минерализованных средах образовывать гидрогели с помощью поливалентных

катионов. А это очень значительный недостаток, так как на большинстве месторождений нефти и газа пресной водя нет, а имеется артезианские пластовые воды с различной степенью минерализации, на основе которых невозможно приготовление биополимерных гидрогелей с помощью "сшивки". Другим недостатком биополимерных систем является их невысокая термическая устойчивость - Ю0-120°С. Поэтому тенденция развития направлена на преодоление указанных недостатков и создание термостойких полимергидрогелевых буровых растворов с применением технических вод различной степени минерализации (вплоть до рапы). Одновременно ведутся работы, направленные на повышение термостойкости уже известных систем буровых растворов до 140-150°С путем модификации их с помощью присадок различной природы, органических и минеральных, а также путем использования более термостойкой полимерной основы.

Проведен анализ рецептур безглинистых буровых растворов на основе синтетических полимеров. Показано, что полимерные безгли-нисгые растворы указанного состава позволяют наиболее полно реализовать технические возможности бурового оборудования, увеличить срок его службы и существенно повысить скорости проходки. Обеспечить качественное вскрытие продуктивных пластов, уменьшить затраты на преодоление осложнений, снизить расходы на материалы и стоимость строительства скважин в целом.

По результатам анализа проведена дифференциация влияния различных свойств растворов на технико-экономические показатели бурения. Зыводы по показателям проведенного анализа позволили разработать и обосновать требования к растворам безглинистым и с малым содержанием твердой фазы.

Во второй главе изложены требования к растворам безглинистым и с низким содержанием твердой фазы. •

Показано, что, основываясь на экспериментальных работах

и опыте бурения (в том числе и на использовании воды в качестве бурового раствора), исследователи в стране и за рубежом стремиться создать и освоить на практике безглинистые буровые растворы и растворы с малым содержанием твердой фазы. Однако до опубликования результатов нашей работы, требования к составу и технологическим свойствам полимерных растворов не были сформулированы.

Отмечено, что основным отличием малоглинистых систем растворов является низкое содержание глинистой фазы. Однако повышение скорости бурения и проходки на долото не является только следствием простого уменьшения содержания твердой фазы, а обусловлено комплексом свойств (реологических, фильтрационных), достижение которых возможно при снижении концентрации глинистой фазы. Следовательно, новые требования к качеству раствора определяются из взаимосвязи состава и свойств раствора и показателей бурения (механическая скорость и проходка на долото).

В этой связи рассмотрены зависимости показателей бурения от объемного^У) содержания бентонита в растворе (рисЛ и 2), из которых следует,что наиболее быстрый темп изменения показателей бурения наблюдается при возрастании объема бентонита до 2,($.

Таблица I

Условия испытания!_Состав раствора_! В, 1 В0

Т°С 1 АР, Ша ! полимер 1бентонит . I(объемный УйИ !смэ/30мин 1 см3

20 0,1 0,2 М-14 0,75 16 2,2

20 0,1 2,0 1.1-14 1,13 5 13,5 3,6

140 1,0 1,4 К-14 1,89 5 29,3 5,6

180 1,0 1,4 К-14 1,50 - 30,0 6,8

20 2,0 2,0 ККЦ 1,13 - 17,0 0

140 1,0 1,4 КЫЦ 1,89 5 29,5 1,6

Данные рис.2 и табл.1 показывают, что с учетом способности растворе к фильтрации в начальный период объемное содержание бентонита в полимерных растворах не должно превышать 1,5%. Для минерали-

90 °о .0

70 До\о Ло№ N о\о ч I

50 ° оо\ 0 0 0 о 0 О /2 о о

о 0 о п

>0О о о

30

20

40

60

80

100

120

Рис Л. Зависимость скорости разбуривания известняков картреидк ' с применением раствора сахарозы (I) и лидере с промывкой глинистым раствором (2) от вязкости раствора

г ЮС

а

Т)

со

6

80

к

60

40

20

I

Л \\

\ ч 2

N *-X- _____ / а._

0 I 2 3 4 5 6 у^ £

Рис.2. Зависимость 1Г (I), Б (2), '¿Эср. (3) и Во (4)

от содержания

бентонита V

4

2

зованных полимерных растворов, имеющих большую "В0", содержание бентонита можно увеличить до 2,Ь%.

Таким образом, результаты исследования влияния буровых растворов на процесс разрушения горных пород позволяют сформулировать следующие требования к их технологическим свойствам:

I. С целью снижения потерь давления и увеличения энергии струи буровой раствор должен обладать псевдопластичным характере : речения.

Разработанное гидрогели биополимеров и оксиэтилцеллюлозы, в диапазоне скоростей сдвигов, развиваемых в скважине, является псевдопластичными и подчиняются степенному реологическому закону (модель Оствальда-де Ваале): ^ //\/л

I

/у

где (у - непряжение сдвига;

У - скорость .сдвига;

К - показатель консистенции, характеризующий степень разжиженности материала. Чем выше К , тем более вязкой является

и

жидкость;

1Ъ - параметр, характеризующий отклонение физических свойств материала от поведения ньютоновской жидкости. Чем П- 'меньше единицы ( Л < I), тем более псевдопластична жидкость.

Для оценки реологических свойств с помощью степенного закона, на основании реометрических показателей строится график ¿ =Г\У} в двойных логарифмических координатах.

Величина (1ъ' на графике есть угол наклона фигуративной линии и оси напряжения, а К есть отрезок, отсекаемый этой линией на оси напряжений.

Конструкция вискозиметров, используемых в бурении такова, что позволяет делать

расчеты К" и П." по простейшим формулам

г и г

где с,{ и 01 - показатели реометра (Фанн), причем взято

при числе об/мин в 2 раза большем, чем для ЛГ"<'ИМ0 оБорогоь, X/ - показания шкалы реометра (Фанн), полученные при скорости сдвига У

Величины К' и ^ - постоянные числа для данного бурового

// '

раствора, а эффективная вязкость определяется из уравнения Оствальдов Ваале ■ ц {

2эср или по простейшей формуле

7 ^

С ' '

~ ~~ , где показания реометра при 600 об/мин.

2. С целью обеспечения наиболее благоприятных условий для очистки забоя и улучшения буримости пород, вязкость в насадках долота (при ^ =10000 не должна превышать 4-& МПа-с.

3. Для эффективной очистки ствола скважины и выноса выбуренной породы раствор должен иметь повышенную вязкость ^ 2в затрубном пространстве (при у =50-100 С-*), которая, с учетом обеспечения хорошей очистки раствора от шлама в циркуляционной системе, не должна превышать 60-70уи11а«с.

4. Для снижения давления на породу и повышения скорости бурения необходимо, чтобы В0=2-3 см3 (при комнатной температуре). Для этого содержание глинистой фазы в пресных растворах не должно превышать 1,5 об. %, а в ингибированных и минерализованных растворах - 2,5 об. %.

5. Раствор не должен диспергировать выбуренную породу, особенно глины.

6. Безглинистый (гидрогелевый) раствор должен быть совместим с флокулянтами общего действия, а раствор с низким содержанием твердой фазы с флокулянтами селективного действия.

В третьей главе представлены подбор реагентов полимерной основы и разработка способов приготовления и исследования свойств безглинистых буровых растворов на основе гидрогелей полиметюв.

Отмечены два перспективных направления получения реагентов полимерной основы для безглинистых гидрогелевых буровых растворов.

Для производства биополимеров за рубежом используют культуру бактерий OCantkomcnaJ, Cdmpestzib.B данной работе предложен биополимер, продуцируемый дрожжами $QzaCuff>tccoccu! ¿шгенШ Уаи.ттцыЬбЫ, который более прост в производстве и идентичен ХС-полимеру по влиянию на свойства буровых растворов.

Вторым перспективным направлением является получение гидрогеля на основе синтетических полимеров. За рубежом аналогов нет. В данной работе предложен неиногенный эфир целлюлозы, оксиэтилцел-люлозы (ОЭЦ). Этот реагент в качестве полимерной основы применен в ряде безглинкстых систем буровых растворов, в том числе и для условий сероводородной агрессии и АВПД (табл.4,5).

Сравнительные исследования гидрогелевых растворов на основе биополимерных реагентов и оксиэтилцеллюлозы показали, что их реологические свойства довольно близки.(Рис.3).

Падение вязкости гидрогелевого бурового раствора на основе оксиэтилцеллюлозы в зависимости от скорости деформации аналогично характеру течения биополимерного гидрогеля ХС-полимера.

Оценку влияния концентрации кросс-агента 12 К ¡0

на свойства гидрогелей, приготовленных из водных растворов исследуемых полимеров, проводили по изменению величины статического напряжения сдвига за 10 мин. покоя (CHCjq). На рис.4 представлены результаты этих исследований. Рост CHCjq у 0,4$-ных гидрогелей ХС-полимера достигает максицума (80 дПа) при концентрации хромовых квасцов 0,1^.

У гидрогеля на основе биополимера Криптан, при той же рабочей концентрации 0,4$, максимум CHCjq (120 дПа) наблюдается также при 0,1% кросс-агента.

У 0,8^-ного гидрогеля ОЭЦ максимум CHCjq приходится на

Таблица 4

Наименование ¡Состав гидрогелевого р-ра.% к об. 1 полимерного 'поли*

гидрогелевого !мер 10ЭЦ раствора Ттай"! 12 '

.. _ .. __Параметры гидрогелевого раствора_

41 ты\кс1 ¡П.!?„„!_ I,! * Л ! П 1К

1

•на ! I !

!

{ДШа.С

1ыин I мин 1см3

Гидрогелевые растворы на основе биополимера

Пресный 0,4 - 0,15 - - - 120 45 225 10,3 74 147 23 1,00 0,45 37

Ингибированный 0,5 - 0,15 - - 3,0' 41 14 24 8,8 16 30 14 1*08 0,42 15

Малоглинистый ингибированный 0,4 - 0^(5 - - 2,0 3,0 123 32 273 9,6 107 167 II 1,10 0,33 80

Гидрогелевые растворы на основе оксиэтлцеллюлозы

Пресный 0,8 0,3 - - 70 25 141 11,6 35 60 7 1,01 0,39 32

Соленасьпцен-ный 0,8 0,3 26 5 75 24 III 10,0 12 16 8 1,17 0,40 32

Пресный утяжеленный 0,8 0,3 - - 95 35 90 9,6 124 224 5 1,62 0,45 29

Соленасьпцен-ный утяжеленный 0,8 0,3 26 5 - 115 45 138 9,6 20 37 5 1,62 0,46 34

Малоглинистый соленасьпценный утяжеленный 0,8 0,3 26 5 I - 132 52 147 9,8 92 104 4 1,64 0,48 34

Малоглинистый ут?-желенный Ттермостатирр-ванный с = 12С С) -

0,8 0,3 - I - 150 45 45 9,2 3,0 10,0 7 1,50 0,37 15

Таблица 5

Состав и свойства растворов на основе гидрогеля ОЭЦ для условий сероводородной агрессии и АВПД

Свойства

Составк объему раствора I !_

Компоненты! раствор._! Параметры !_

!» I! * 2! № 3 4 1 ! № I ! V 2 ! № 3 ! № 4

раствор

I.Гидрогель ОЭЦ ТО, Тилозы ЕНМ +0,3?

+0,1% УайН

2. ПВС-ТР

3. КССБ-2

4. Крахмал

5. СНУД

6. НС-7

7. Са(0Н)2

8. &0

9. Битумный концентрат (15%-ный раствор в дизтопливе

Ю.Сульфа-нол

П.Триксан

и. М^ 14.Смад

15 .Утяжелитель (барит мод.

52,5

5,0 2,0

10,0 1,0

10,0 5,0

2,0

1.Плотность, г/см3

2.Условная вязкость по ПВ-5, с

2,14 --2,15

200

2,16 2,20

52,5 52,5 50

~ " 3.Статическое

2,0 напряжение 135

о п сдвига за тсП

" 1710 мин. ,дПа 1&0

10,0 10,0 10,0 4.Пластичес_

- кая вязкость,

2,0 2,0 2,0 ^Па,с ? п 9 п ? п 5.Динамическое

с,и «;,и напряжение сдвига, дПа

6.Водоотдача,см3 8

10,0 10,0 10,0 К01Ь I

8.Высокотемпе-10 10 10 РатУРная водо-

1,и 0Тдя„я ПГ1И

0,01 0,01 1,0 1,0 1,0 9. рН

при, , см"

10.Стабильность при 20 С

11.Стабильность при 120 С

120-130

95

III

30-39 26/40 65/90 45-50

93

99 I

50 11,6

90 92

9-10 11,6

900 4,5

0,5 0,5 I

20 76х 11,6 11,5

0,1 -

0,03 -

) 241,0 241,0 241,0 245,0

I

хВодоотдача измерена на фильтр-прессе фирмы Бароид

2,8

'¿А

\ >

х: N \

\ \

\ х

\

О 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0

Рис. 3. Зависимость эффективной вязкости гидрогеля ОЭЦ от скорости деформации. I - 0,8$-ны£ гидрогель ЦЭЦ '(. - 0,4^_ный гидрогель ХС-полимера

концентрацию кросс-агента ^ КС^^ЗОа^'12НаО | равную 0,4$,

что превышает значения рабочих концентраций кросс-агента у биополимерных реагентов в четыре раза. Этот факт говорит о более сложном строении полимерных хромовых частиц, которые образуют мостики между молекулами ОЭЦ, По всей видимости они содержат по нескольку катионов хрома Ш, связаныI.' мезду собой в"полиядерныЯ комплекс".

Показано, что регулирование свойств безглинистых и малоглинистых буровых растворов на основе полисахаридов различного происхождения может осуществляться вариацией концентраций исходных компонентов и рН системы. Например, для регулирования величин статического напряжения сдвига и эффективной вязкости можно использовать зависимость этих свойств от концентрации кросс-агента в системе. (Рис.4,5).

Ори необходимости снизить эти показатели систему можно разбавлять раствором реагента, взятого в качестве полимерной основы, исходной концентрации и при рН, соответствующем рН этой системы.

Фильтрация систем на основе гидрогелей полисахаридов различного происхождения регулируется добавками общеизвестных понизителей фильтрации для буровых растворов (КМЦ, крахмал и др.).

Пластическая (структурная) вязкость гидрогелей регулируется исходной концентрацией реагента полимерной основы. Вариации этой концентрации в небольших пределах (0,4-0,8$) позволяют пблучить системы с необходимой структурной вязкостью.

Дальнейшее управление системой осуществляется поддержанием заданных значений Л и пК ' разбавлением, присадкой или удалением материалов, контролирующих эти показатели.

Наряду с этим показано, что технологические свойства гидро-гелевых растворов на основе ОЭЦ можно корректировать также с помощью модифицирующих добавок различной природы (минеральных и органических).

Из рис.6 видно, что структурно-механические и реологические

CHCjQ.jUIa 160

120

80

40

• 2

с з—\

Í/N í i \ V

J 1

0,2 0,4 0,6 Концентрация кросс-агента

0,8%

[Kft(MA)a.l2Ha0]

Рис.4, влияние концентрации кросс-агента на CHCjq

гидрогелей на основе биополимеров и ОЭй. I. ÍC-полимер - 0,4^; рН=»Э,4 Криптан - рй=9,6

3. ОЭЦ - 0,8%; pn=IÜ

0 0,2 0.4 0,6 0,Ь 1,0

Концентрация кросс-агента

п

Рис.5, влияние концентрации кросс-агента на <- Щ гидрогелей на основе биополимеров и изд. I. Криптаа - 0,4«; рй=Ю а. ОЭЦ рь=ю

3. ХО-полимер -0,44 рй=Ь ,6

20

40

60

80

100

tt

Рис.. 6. Влияние модифицирующих добавок на статическое напряжение сдвига гидрогелевою бурового раствора

1 - исходный гвдрогелевый раствор

2 - барит до плотности 1,2 г/см

3 - 0,2« саО + 1% Т-66

4 - 0,25* саО

5 - 0,о% портланд немея?

6 - O,23í&0

7 - 0.25Й СаО + 3барита

8 - U,I23& Caü-+ 0,12342/10 Э - U,15% фталевыв ангидрид

10 - 6,0% объёмных шлама

свойства полимерных гидрогелей в пределах температур до Ю0°С можно корректировать добавками оксидов кальция и цинка Ctö; %п0 цементом, фталевым ангидридом и другими материалами, позволяющими, наряду с регулированием задаваемых структурно-реологических свойств, повысить термическую устойчивость полимерного гидрогеля до Ю0°С включительно, в том числе и при малых добавках баритового утяжелителя в пределах плотностей геля 1,09-1,2 г/см3.

Далее в главе 3 приведен усовершенствованный способ приготовления гидрогелевых буровых растворов. Способ позволяет сократить время прготовления растворов, снижает расход компонентов и позволяет улучшить их реологические и структурно-механические свойства (а.с.К 1546463, опубл. Б.И. № 8, 1990 г., СО 9 К 7/02).

Этот способ пригоден для приготовления гидрогелевых растворов на основе неминерализованных (пресных) вод. Однако сами растворы, приготовленные этим способом, являются высокоустойчивыми к полиминеральной агрессии, но то что они не могут быть сформированы в солевой среде, является большим их недостатком.

Далее приведена рецептура и способ приготовления гидроге-левого бурового раствора на основе жестких вод и рассолов полиминерального состава. Наряду с рецептурой показан и новый способ его утяжеления (а.с. № 1724674, опубл.Б.И. Ii 13, 1992,С09К 7/02)

Приводятся данные исследований гидрогелевого раствора на основе минерализованных вод, устойчивого при забойных температурах до 140°С. Эти работы велись по хоздоговору Jf 89.166 ПО "Нижневолжскнефть''на пластовой воде площади "Пологая" Астраханского УЕР.

Артезианская техническая вода имела минерализацию следующего состава, г/л: Miel- 3,4; CaCiz- 1,3; 7^4- 0,8. При общей минерализации 5,6 г/л и pH, равном 7,6; суммарная жесткость воды равнялась 40 мг^кв/л. Справочная характеристика

этой воды - "очень жесткая". С использованием этой и более минерализованны* вод разработана рецептура термосолестойкого гидрогелевого раствора.

Исследования показали, что этот раствор, обладая специфическими свойствами гидрогелей различной природы, в том числе и на основе биополимеров, отличается от последних более высокой термической устойчивостью, достигающей 140°С, а в малоглинистом варианте предел его термической устойчивости достигает 150°С.

По результатам лабораторных исследований и промысловых испытаний этого раствора разработана "Инструкция по технологии приготовления, применения термостойкого безглинистого бурового раствора для бурения и испытания скважин с забойными температурами 130°С на площадях Астраханского УЕР".

Инструкция утверждена ПО "Нижневолжскнефть".

Далее в главе 3 приведены данные исследований полимерных гид-рогелевых растворов для вскрытия продуктивных пластов. Результаты исследований показывают, что проницаемость кернов,закольматировэнных гидрогелевым раствором, содержащим в своем составе сидерито-вый утяжелитель, восстанавливается после кислотной обработки на 30-9$.

Однако при вскрытии продуктивных пластов, наряду с кольмата-цией пор твердой фазой бурового раствора, возможно проникновение в пласт фильтрата под действием репрессии и оттеснение нефти из призабойной зоны в глубь пласта, что повышает водонасыщенность пород в этой зоне и ухудшает условия притока нефти из пласта в скважину, на стадии ее освоения. Кроме этого, внедрение фильтрата в П31 сопровождается образованием в пористом пространстве многочисленных границ раздела поверхностей фильтрат-нефть, которые вследствие возникновения и развития капиллярных эффектов, блокируют часть фильтрационных каналов, что существенно снижает

начальный дебит скважин.

Показано, что эта задача может быть решена путем обработки гидрогелевого бурового раствора синтетическими неионогенными ПАВ (ОП-7; ОП-Ю; Дисольван 4411 и др.). Они снижают величину мак-фазного натяжения на границе раздела поверхностей фильтрат-нефть дс 3-5 мн/м и, следовательно, уменьшают величину капиллярных давлений.

Однако все эти ПАВ, являясь гидрофилизаторами, улучшают смачиваемость коллектора водой, а в этом случае направление действия капиллярных сил обращено в сторону пласта. Но эффективность ПАВ может быть еще выше за счет использования не только их поверхно-стно.й активности, но и способности некоторых их типов изменять характер смачиваемости поверхности пороьых каналов. Это достигается применением водорастворимых катионных ПАВ. Адсорбируясь на поверхности пор, они гидрофобизуют ее, изменяя характер смачиваемости. В этом случае капиллярные силы, развиваемые менисками на границах раздела поверхностей нефть-фильтрат, направлены в сторону ствола скважины и способствуют более полное удалению фильтрата из призабойной зоны пласта при вызове притока. Показано, что поскольку катионактивные ПАВ имеют положительный заряд и при взаимодействии с отрицательно заряженными глинистыми частицами (в буровых растворах) осаждают их, то единственным способом достагки катионактивных ПАВ к коллекторам нефтегазоносных пластов являются полимерные гидрогелевые растворы.

В главе 4 приведена оценка ингибирующих свойств гидроге-левых буровых растворов с помощью нового критерия П0 - показателя увлажняющей способности буровых растворов, разработанного профессором А.И.Пеньковым, по его"Кетодике оценки ингибирующих свойств буровых растворов", РД 39-2-813-82".

Показано, что наименьшей фильтрацией и соответственно

минимальной увлажняющей способностью обладает гидрогелевый буровой раствор с содержанием полимера(03 Ц^ 0,8%, Кроме того, показано, что безглинистый пресный буровой раствор на основе гидрогеля ОЭЦ является высокоингибирующей системой за счет входящего в ее состав хрома Ш, а этот же раствор, насыщенный по , является самым активным по ингибируицей способности из ныне применяемых.

Приведении результаты исследований диспергирующих свойств гидрогелевых растворов, разработанным за рубежом методом

показывают,что величина диспергирующей способности гид-рогелевого бурового раствора является минимальной и составляет всего Щ, а величина полного химического ингибирования выбуренной породы достигается при концентрации соли хрома Ш, равной 0,2$.

Таким образом, гидрогелевый буровой раствор на основе ОЭЦ пригоден для разбуривания неустойчивых глинистых отложений, переслаивающих глин и аргеллитов, так как низкая диспергирующая способность (10$) и высокий эффект химического ингибирования у этого раствора позволяют предупредить переход выбуренной породы в раствор и обвалы стенок скважины.

В главе 5 приведены результаты промысловых испытаний гидро-гелевого раствора на площадях ПО "Нижневолжскнефть" и дан их анализ. Показано, что сокращение расхода долот по четырем пробуренным скважинам составляет от 44 до 74$, а уменьшение расхода реагентов достигает 22$.

При бурении опытных скважин показано также увеличение механической скорости бурения от II до 4С$ и рост проходки на долото от 18 до 240$,

Кроме того, было отмечено, что раствор, обладая высокой ингибирующей способностью, обеспечил безаварийное бурение в легко набухающих глинах верейского горизонта в интервале

1320-1475 м и проявил высокую кольматируищгю способность при бурении в поглощающем стешевско-веневсксм горизонте. Поглощение, начавшееся с глубины 1687 м интенсивностью 3 м3/ч, самоликвидировалось при вИое 2147 м.

Дальнейшие испытания полимергидрогелевой системы на основе ОЭЦ, устойчивой при забойных температурах до 130°С, проводились в сквЛ' 84 - Пологая Астраханского УБР.

Бурение вели в интервале 700-2800 м. Успешное завершение буровых работ позволяет считать, что рецептура, технология приготовления и применения испытуемого раствора для бурения скважин с забойными температурами 130°С выдержали полевке испытания. При этом получены следующие результаты.

1. Использование полимергидрогелевого раствора для разбури-вания толщи активных глин майкопских, фораминиферовых и меловых отложений в интервале 700-2420 м привело к упрочнению стенок скважины, о чем свидетельствует отсутствие затяжек и проработок. Коэффициент кавернозности остался минимальным, равным 1,13 при величине его:у базовых скважин 1,14 и 1,15.

2. Все запланированные геофизические работы в скважине проведены с первого раза без переподготовки ствола.

ОТХРЬ.ТОМ

3. Время нахождения гидрогелевого раствора "в^стволе скважины составило 90 суток, но набухания и осыпания глин не произошло.

4. Механическая скорость бурения равнялась 5,54 и/ц, а у базовых скважин она составила 5,3-5,4 м/ч, в то время как проходка на долото возрасла на 34&.

Таким образом, лабораторные исследования и промышленные испытания термостойкого полимергидрогелевого раствора показали его высокое качество, технологичность и возможность использования для бурения з сложных геологических условиях. Все приведенные положения и данные лабораторных исследований подтверждены результатами практического бурения.

основше вывода и рекомендшщ

1. На основе создания и промышленного использования новых гидро-гельполимерных систем буровых растворов на базе биополимеров и полусинтетических полимеров поли с ах аридной природы разработаны научно обоснованные технические средства и технологические процессы, обеспечивающие повышение качества вскрытия продуктивных пластов, скоростей бурения и снижение стоимости скважин, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

2. Впервые изучен механизм структурообразования и стабилизации полимерных гидрогелевых растворов на основе биополимера Криптан и оксиэтилцеллюлозы при взаимодействии их с солями трехвалентных хрома и железа и образования комплексных органоминеральных частиц дисперсной фазы.

3. Установлено, что гидрогелевые буровые растворы обладают специфическими реологическими и фильтрационными свойствами, обеспечивающими минимальное значение вязкости при высокой начальной фильтрации в зоне долота и высокую вязкость при низкой водоотдаче при движении в затрубном пространстве.

4. Разработаны требования к технологическим свойствам безглинистых растворов и растворов с малым содержанием твердой фазы.

5. Разработан биополимерный реагент Криптан (а.с.СССР №747115.

6. Разработаны составы и способы приготовления семейства без-?линистых полимергидрогелевых буровых растворов:

- на основе минерализованных вод (а.с.СССР № 1724674,ЕИ № 13,1992 г.);

- безглинистый раствор для бурения в условиях АВПД и наличии серово-;ородаг

■ усовершенствованный способ приготовления гидрогелевого бурового эаствора, обеспечивающий снижение расхода компонентов и улучшение

геологических свойств (а.с.СССР .НС 1546463, Ш № 8, 1990 г.);

• на основе биополимера Криптан (а.с.СССР № 912746, Ш №10, 1982 г.);

• на основе оксиэтилцеллюлозы (а.с.СССР I? 831774,Ш № 19,1981 г.,

1.с.СССР №971861,ЕИ №41,1982 г., а.с.СССР Н724674,Ш №13, 1992 г.).

7. Исследовано влияние полимергидрогелевых буровых растворов на качество вскрытия продуктивных пластов. Установлено, что проницаемость кернов,закольматированных гидрогелевым раствором, содержащим

в своем составе кислоторастворимый утяжелитель, восстанавливается после кислотной обработки на 80-9($. Показано,что катионные ПАВ в гидрогелевом растворе способствуют полному удалению фильтрата из призабойной зоны пласта при вызове притока и поскольку они имеют положительный заряд и при взаимодействии с отрицательно заряженными частицами глины (в глинистых буровых растворах) осаждают их, то единственным способом доставки катионактивных ПАВ к коллекторам нефтегазоносных пластов являются безглинистые гидрогелевые растворы.

8. Проведена оценка ингибирущих и диспергирующих свойств полимергидрогелевых буровых растворов. Установлено и показано, что наименьшей фильтрацией и соответственно минимальной увлажняющей способностью обладает гидрогелевый раствор, содержащий 0,Е$ окси-этилцеллюлозы, а этот же раствор, насыщенный по Ь/оХ^ является самым активным по ингибирующей способности за счет соли и входящего в его состав хрома Ш.

9. Промышленные испытания и внедрение полимергидрогелевого раствора на основе оксиэтилцеллюлозы и солей трехвалентного хрома, взамен хлоркальциевого, при бурении и заканчивании скважин на площадях АО "ЛУКойл-Нижневолжскнефть" позволили:

- увеличить механическую скорость бурения от II до 4$ и проходку на долото от 18 до 240?;

- сохратить яатраты времени и материалов на приготовление и регулирование свойств раствора до 23$;

- доказана возможность и эффективность применения пластовых вод для приготовления безглинистых буровых растворов на основе гидрогеля оксиэтилцеллюлозы и органических солей трехвалентного хрома и железа;

- показана высокая эффективность и целесообразность широкого применения полимергидрогелевых растворов при бурении скважин в условиях, аналогичных условиям бурения АО "ЛУКойл-Нижневолжск-нефть".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пеньков А.И., Шишов В.А., Федосов Р.И. Требования к растворам безглинистым л с низким содержанием твердой фазы. %рнал "Нефтяное хозяйстзо", № 5, 1981 г.

2. Пеньков А.И., Шишов В.А., Федосов Р.И. О требованиях к безглинистым растворам и растворам с низким содержанием твердой фазы. Труды ВНИИКРнефти, выпЛ8. Промывка скважин,Краснодар, 1980г.

3. Пеньков А.И., Шишов В.А., Федосов Р.И. Безглинистые тиксо-тропные буровые растворы на основе синтетических полимеров с особыми реологическими свойствами. Труды ВНИИКРнефти.Выбор оптимальной технологии промывки скважин, Краснодар, 1981 г.

4. Пеньков А.И., Рябченко В.И., Федосов Р.И. Биополимер Крип-тан - новый реагент для безглинистых и малоглинистых буровых растворов со специфическими свойствами.Труды ВНИИКРнефти. Техника

и технолгия промывки и крепления скважин. Краснодар, 1982 г.

5. Федосов Р.И, Сульфацелл - новый химический реагент - полимерная основа для безглинистых и малоглинистых буровых растворов. Труды ВНИИКРнефти, Краснодар, 1983 г.

6. Пеньков А.И., Шишов В.А., Федосов Р.И. Безглинистый тик-сотропный буровой раствор на осноЕе оксиэтилцеллюлозы. Резюме докладов ХП Международной конференции по геохимическим проблемам при разведке и добыче нефти и газа. ПНР, г.Висла, 1985 г.

7. Пеньков А.И., Федосов Р.И.Безглинистая система бурового раствора на водной основе для условий сероводородной агрессии и

АВПД. Труды ВНИИКРнефти, Краснодар, 1986 г.

8. Федосов Р.И. Тиксотропные безглинистые системы для вскрытия продуктивных горизонтов. Тезисы докладов Второй Всесоюзной научно-технической конференции "Вскрытие нефтегазоносных пластов и освоение скважин", (г.Ивано-Франковск, 20-22 сентября 1988 г.), Москва, 1988 г., с. 40

9. Федосов Р.И., Вахрушев Л.П., Пеньков А.И. Новые загустители для бегглинистых и малоглинистых буровых растворов. Журнал "Нефтяное хозяйство", № 3, 1990 г.

10. Хохленко А.Ф., Шубина Л.Н., Пеньков А.И., Федосов Р.И. Применение комплекса ЕВК и полисахаридов микробного происхождения для буровых растворов. АН СССР, научный центр биологических исследований. Тезисы докладов конференции,Пущино, 1976 г.

11. Рябченко В.И., Пеньков А.И., Федосов Р.И., Хин H.H. Исследование технологических и реологических свойств водной системы ОЭЦ-комплексообразующий металл. АН СССР, Всесоюзный научно-исследовательский институт синтетических смол. Тезисы докладов совещания "Химия и технология производных целлюлозы", г.Владимир, 1980 г. Часть П.

12. Федосов Р.И., Пеньков А.И., Ялымов В.М., Берко Н.Я., Баранов А.Н. Промысловые испытания полимергидрогелевых растворов в сложных геологических условиях. Журнал "Нефтяное хозяйство", Ji 3, 1992 г.

Авторские свидетельства

1. A.C.)? 543255, СССР. Микробиологический способ получения бурового раствора. Пеньков А.И., Федосов Р.И., Сухарев С.С. Шубина Л.Н., Рябченко В.И.

2. A.C.V 747115, СССР. Штамм дрожжей C*yptoccce«.$ iaatenttL VC&.TrtO-QMuf 6iY- продуцент вязких полисахаридов, используемых

ВВЕДЕНИЕ . k

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОБЛЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ. Ю

1.1. Перспективы развития безглинистых буровых растворов на основе полимеров .г. 12.

1.2. Обзор достижений в области создания основы полимерных гидрогелевых буровых растворов . ^

1.2.1. Анализ рецептур буровых растворов на основе биополимеров

1.2.2. Анализ рецептур безглинистых буровых растворов на основе синтетических полимеров.2Ь

2. РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К РАСТВОРАМ БЕЗГЛИНИС1ЫМ И С МАЛЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ТВЕРДОЙ ФАШ ,,„„„>. Ък

2.1. Требования к технологическим свойствам растворов,предназначенных обеспечивать высокие скорости бурения .ЗД

3. ПОДБОР РЕАГЕНТОВ ПОЛИМЕРНОЙ ОСНОВЫ» РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НА ОСг НОВЕ ГИДРОГЕЛЕЙ ПОЛИМЕРОВ.hk

3.1. Разработка биополимерного реагента и безглинистого бурового раствора на .его основе

3.2. Подбор полимерной основы из числа синтетических полимеров» применяющихся в бурении и разработка способа приготовления полимергидрогелевых буровых растворов.,

3.3. Разработка и исследование безглинистого бурового раствора, содержащего в качестве флокулянта - алкилсили-конаты щелочных металлов

3.4. Разработка и исследование безглинистой системы бурового раствора на водной основе для условий сероводородной агрессии и АВПД .,.75"

3.5. Сравнительные исследования гидрогелевых растворов на основе йиополимерных реагентов и оксиэтилцеллюлозы и разработка способов регулирования их свойств

3.6. Разработка усовершенствованного способа приготовления полимергидрог елевых буровых растворов

3.7. Исследование влияния модифицирующих добавок на реологические, фильтрационные и структурно-механические свойства полимергидрогелевых буровых растворов при температуре до Ю0°С

3.8. Разработка и исследование полимергидрогелевых растворов на основе минерализованных вод

3.8.1. Разработка способа приготовления и утяжеления полимергидрогелевых буровых растворов на основе минерализованных вод и рассолов. ПО

3.9. Разработка гидрогелевого бурового раствора на основе минерализованных пластовых вод, устойчивого при забойных температурах до 140°С.

3.9.1. Способ приготовления полимергидрогелевого бурового раствора на основе минерализованных пластовых вод, устойчивого при забойных температурах до 140°С

3.9.2. Исследование термостойкого полимергидрогелевого раствора . о.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

4.1. Оценка ингибирующих свойств полимергидрогелевых буровых растворов

4.2. Определение диспергирующих свойств полимергидрогелевых буровых растворов.

4.3. Исследование влияния полимергидрогелевых буровых растворов на качество вскрытия продуктивных пластов

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫСЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОГЕЛЕВЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ b.I. Промышленные испытания полимергидрогелевых буровых растворов на основе ОЭЦ

5.2. Промышленные испытания полимергидрогелевого раствора на основе минерализованной пластовой воды, устойчивого при забойных температурах до 140°С.

5.3. Экономическая эффективность применения полимергидрогелевых буровых растворов.

Актуальностьп£облеш. Общее развитие экономики страны определяется энерговооруженностью ее отраслей. Одним из направлений роста энерговооруженности является увеличение объемов добычи нефти и газа и снижение их себестоимости.

В решении этой задали большая роль принадлежит созданию и освоению технологических процессов и технических средств для бурения нефтяных и газовых скважин со скоростью, превышающую достигнутую в 2-3 раза.

Известно, что повышенное содержание твердой фазы, особенно глинистых частиц в растворе, высокая вязкость, накопление выбуренной породы и высокие перепады давления в зоне работы долота значительно снижают технико-экономические показатели бурения.

При этом ухудшаются условия работы бурового оборудования, допускается перерасход химических реагентов, обусловленный трудностью ре-регулирования технологических свойств раствора.

Наряду с указанным, на стенках скважин формируется толстая глинистая корка, вызывающая затяжки, прихваты инструмента и при цементировании не позволяющая провести достаточно полное вытеснение бурового раствора, что вызывает осложнения и снижает качество крепления скважин»

Поэтому актуальным является создание таких систем буровых растворов, которые по своему составу являлись бы не только безглинистыми, но и растворами без твердой фазы, независимо от свойств разбуриваемых горных пород.

Создание эффективных полимерных растворов, не содержащих структурообразующей твердой фазы, и широкое их применение - важнейшее условие для обеспечения роста скоростей бурения. Кроме того, полимерные растворы способствуют сохранению целостности стволов скважин, повышению качества крепления, улучшению показателей работы долот, снижению расхода материалов и химических реагентов, а также при первичном вскрытии они обеспечивают сохранность коллекторских свойств продуктивных пластов, а на стадии вызова притока, в результате химической обработки, представляется возможным в перспективе переводить эти растворы в пену.

Основополагающим способом решения этих задаи является применение буровых растворов на основе гидрогелей полимеров, которые не имеют твердой фазы и свободны от всех недостатков и последствий, связанных с ее присутствием в буровом растворе, устойчивых к полиминеральной агрессии и действию СС£ и сероводорода,

В России геологические условия, благоприятствующие эффективному использованию гидрогелевых растворов, имеются в республике Коми, Та-.тарии, Башкирии, Западной Сибири и других регионах, где бурение ведется на растворах с низкой плотностью, а температуры в скважине не превышают 140°С,

По прогнозной оценке, бурение, где возможно применение подобных систем растворов, составит в 90-х годах около 35$ от общего объема бурения.

Для создания таких систем необходимы особые реагенты - полимерная основа, из числа природных и синтетических водорастворимых полимеров. Ориентировочная потребность отрасли в этих реагентах, с учетом роста объемов бурения, составляет от 2 до 5 тысяч тонн в год.

Основными видами реагентов для этих целей являются биополимеры и синтетические полимеры, специфичность свойств которых обусловливается вводом в раствор "сшивающих" добавок различной химической природы.

Применение полимерных гидрогелевых буровых растворов обеспечивает увеличение механической скорости бурения, уменьшение расхода долот, сокращение сроков строительства и освоения скважин и повышение качества вскрытия продуктивных пластов. Поэтому постановка и решение этой задачи представляет собой не просто теоретическую или узко практическую проблему, а является непреходящей задачей первостепенной важности, имеющей большое народнохозяйственное значение.

Цельработы. Повышение качества вскрытия продуктивных пластов, скоростей бурения и снижение стоимости строительства скважин путем разработки, совершенствования и промышленного использования гидроге-левых безглинистых растворов, сохраняющих стабильность технологических свойств в условиях повышенных температур, минерализации, наличия COg и сероводорода и обеспечивающих высокий уровень технико-экономических показателей бурения и заканчивания скважин.

Основныезадачи исследования^

1. Обоснование требований к составам и свойствам безглинистых и с низким содержанием твердой фазы растворов,

2. Разработка рецептур полимерных гидрогелевых буровых растворов, минерализованных и неминерализованных на основе биополимера Криптан и оксиэтилированной целлюлозы, обладающих комплексом оптимальных реологических и фильтрационных свойств.

3. Разработка технологии приготовления и регулирования технологических свойств полимерных гидрогелевых растворов при бурении и закан-чивании скважин.

4. Разработка безглинистой системы бурового раствора на водной основе для условий сероводородной агрессии и АВПД.

5. Проведение промышленных испытаний и внедрение полимерного гидрогелевого раствора для бурения скважин на площадях ПО "Нижне-волжскнефть".

Методыретенияпоставленных задач. Для решения поставленных задач применялись: теоретический анализ, экспериментальные методы исследований, новейшие отечественные и зарубежные методики - "Роллинг тест", "Методика определения увлажняющих свойств буровых растворов" по профессору А.И.Пенькову.

Научная новизна. Впервые изучен механизм структурирования и стабилизации минерализованных и неминерализованных полимерных гидрогелевых растворов на основе биополимера Криптан и оксиэтилцеллюлозы, путем образования комплексных органоминеральных частиц дисперсной фазы при взаимодействии с солями хрома и железа три,

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны на уровне изобретений (а.с.СССР К 747115, а.с.СССР № 831774, а.с.СССР W9I2746, а.с. № 97I86I) составы полимерных гидрогелевых растворов и способы их приготовления (а.с.СССР '« 543255, е.с.СССР W 1546463, а.с.СССР V 1724674).

Установлено, что гидрогелевые буровые растворы на основе Крип-тана и оксиэтилцеллюлозы при регулируемом соотношении компонентов обладают специфическими реологическими и фильтрационными свойствами, обеспечивающими минимальные значения вязкости при высокой начальной фильтрации в зоне долота и высокую вязкость при низкой водоотдаче при движении в затрубье.

Показано, что при оптимальном составе компонентов за счет хорошей кольматирующей способности гидрогелевый раствор ингибирует процесс ги-дротации глин и препятствует загрязнению продуктивного пласта.

Практическаяценность. Промышленные испытания и внедрение полимерного гидрогелевого раствора на основе оксиэтилцеллюлозы (ОЭЦ) и солей трехвалентного хрома взамен глинистого хлоркальпиевого при бурении и заканчивании скважин на площадях ПО "Нижневолжскнефть" позволили:

- увеличить механическую скорость бурения от II до 40^ и проходку на долото от 18 до 240$;

- сократить затраты времени и материалов на приготовление и регулирование свойств раствора до 2Ж',

- доказана возможность и эффективность применения пластовых вод для приготовления безглинистых буровых растворов на основе гидрогеля оксиэтилцеллюлозы и органических солей трехвалентного хрома и железа;

- разработан состав и технология приготовления гидрогелевого бурового раствора на основе минерализованных пластовых вод (а.с.СССР 1724674, приоритет от 16.04.90 г.), внедрение которого позволяет уменьшить кавернозность, улучшить качество крепления скважин, повысить проходку на долото и механическую скорость бурения. Снизить затраты времени и средств на приготовление раствора;

- для бурения в условиях АВПД и наличии сероводорода разработан буровой раствор на водной основе, позволяющий снять ограничения на получение геофизической информации по сравнению с раствором на нефтяной основе.

Реализацияраб£ты в промшленности^ Разработаный по результатам исследований полимерный гидрогелевый раствор на основе ОЭЦ и солей трехвалентного хрома внедрен в практику бурения скважин в ПО "Ниж-неволжскнефть". Всего с применением данного раствора за период 19861992 годы пробурено 6 скважин с общим экономическим эффектом 120 тысяч рублей по ценам 1990 года.

Основныезадищаеше положения.

1. Результаты экспериментальных исследований структурно-механических, реологических и фильтрационных свойств гидрогелевых буровых растворов на основе биополимера Криптан и на основе оксиэтилцеллюлозы (ОЭЦ) и солей трехвалентного хрома, с использованием пресных и минерализованных пластовых вод.

2. Состав, технология приготовления гидрогелевого бурового раствора в условиях АВПД и наличии сероводорода.

3. Данные экспериментальных исследований ингибирующих и флоку-лирующих свойств безглинистых буровых растворов на основе ОЭЦ и солей трехвалентного хрома.

4. Данные исследований полимерных гидрогелевых растворов для вскрытия продуктивных пластов, содержащих в своем составе кислото-растворимый утяжелитель, неиногенные и катионактивные ПАВ в виде индивидуальных и комплексных добавок.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на отраслевом научно-техническом совещании "Разработка и применение кремний, -фосфорсодержащих и других химичепо геохимическим и физико-химическим проблемам при разведке и добыче нефти и газа "Петрогеохим-82, г.Варна, НРБ, 1982 г."; на XI Международной научной конференции "Петрогеохим-85", г.Висла, ПНР, 1985 г.; на научно-техническом сивещании ПО "Нижневолжскнефть" на тему "Научно-технический прогресс в бурении", г.Волгоград, 9 декабря 1985 г.; на семинаре отдела буровых растворов ВНИИКРнефти; на заседании научно-технического семинара по предварительной экспертизе диссертационных работ, представляемых на соискание ученой степени кандидата технических наук в специализированный совет Д 014.04.01 при ВНИИКРнефти, НПО "Бурение".

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано II печатных работ и 7 авторских свидетельств.

Стдукт^Р! работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных 31 водов и рекомендаций, списка литературы, содержащего 100 наименований и приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 20 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе создания и промышленного использования новых гидрогель пелимерных систем буровых растворов на базе биополимеров и полусинтетических полимеров полисахаридной природы разработаны научно обоснованные технические средства и технологические процессы, обе-печивающие повышение качества вскрытия продуктивных пластов, скоростей бурения и снижение стоимости скважин, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

2. Впервые изучен механизм структурообразования и стабилизации полимерных гидрогелевых растворов на основе биополимера Криптан и окси этилцеллюлозы при взаимодействии их с солями трехвалентных хрома и железа и образования комплексных органоминеральных частиц дисперсной фазы.

3. Установлено, что гидрогелевые буровые растворы обладают специфическими реологическими и фильтрационными свойствами, обеспечивающими минимальное значение вязкости при высокой начальной фильтрации в зоне долота и высокую вязкость при низкой водоотдаче при движении в затрубном пространстве.

4. Разработаны требования к технологическим свойствам безглинистых растворов и растворов с малым содержанием твердой фазы.

5. Разработан биополимерный реагент Криптан (ас.СССР №747115. Опубл.не подлежит).

6. Разработаны составы и способы приготовления семейства безглинистых полимергидрогелевых буровых растворов:

- на основе минерализованных вод (а.с.СССР № 1724674, ЕИ №13,1992 г.);

- безглинистый раствор для бурения в условиях АВПД и наличии сероводорода;

- усовершенствованный способ приготовления гидрогелевого бурового раствора, обеспечивающий снижение расхода компонентов и улучшение реологических свойств (а.с.СССР №1546463, Ш 186 1990 г.);

- на основе биополимера Криптан (а.с.СССР №912746, Ш №10, 1982 г.);

- на основе оксиэтилцеллюлозы (а.с.СССР № 831774, Ш №19, I98T г., а.с.СССР №971861, Ш №41, 1982 г., а.с.СССР №1724674, Ей №13,1992 г.)

7. Исследовано влияние полимергидрогелевых буровых растворов на качество вскрытия продуктивных пластов. Установлено, что проницаемость кернов, закольматированных гидрогелевым раствором» содержащим в своем составе кислоторастворимый утяжелитель, восстанавливается после кислотной обработки на 80-90^. Показано, что катионные ПАВ в гидрогелевом растворе способствуют полному удалению фильтрата из призабойной зоны пласта при вызове притока, и поскольку они имеют положительный заряд и при взаимодействии с отрицательно заряженными частицами глины (в глинистых буровых растворах) осаждают их, то единственным способом доставки катионактивных ПАВ к коллекторам нефтегазоносных пластов являются безглинистые гидрогелевые растворы.

8. Проведена оценка ингибирующих и диспергирующих свойств полимергидрогелевых буровых растворов. Установлено и показано, что наименьшей фильтрацией и, соответственно, минимальной увлажняющей способностью обладает гидрогелевый раствор, содержащий оксиэтилцеллюлозы, а этот же раствор, насыщенный по является самым активным по ингибирующей способности за счет соли и входящего в его состав хрома Ш.

9. Промышленные испытания и внедрение полимергидрогелевого раствора на основе оксиметицеллюлозы и солей трехвалентного хрома, взамен хлоркальциевого, при бурении и заканчивании скважин на площадях АО "ЛУКойл-Нижневолжскнефть" позволили:

- увеличить механическую скорость бурения от II до 40$ и проходку на долото от 18 до 240$;

- сократить затраты времени и материалов на приготовление и регулирование свойств раствора до 23$;

- доказана возможность и эффективность применения пластовых вод для приготовления безглинистых буровых растворов на основе гидрогеля оксиэтилцеллюлозы и органических солей трехвалентного хрома и железа;

- показана высокая эффективность и целесообразность широкого применения полимергидрогелевых растворов при бурении скважин в условиях, аналогичных условиям бурения АО "ЛУКойл-Нижневолжскнефть"»

1. Андресон Б.А., Шарипов А.У,, Минхайров К.J1.:"Полимерные буровые растворы за рубежом". Обзорная информация. Серия "Бурение",М., ВНИИОЭНГ, 1980 г.

2. Аллен Джинес, Ристлев и Сенжи: "Полисахарид B-I459, новый гидроколлоид-полиэлектролит, полученный из глюкозы путем бактериальной ферментации". Журнал прикладной полимерной науки, №17,1961, с.5.

3. Ангелопуло O.K., Подгорнов В.М., Аваков В .3.-."Буровые растворы для осложненных условий". М., "Недра", 1988 г.

4. Андресон Б.А., Бочкарев Г.П.:"Растворы на полимерной основе для бурения скважин". Обз.инф.,серия "Бурение", вып.6(106),М„,1986,с.41

5. Ангелопуло O.K., Хахаев Б.Н., Сидоров Н.А.:"Буровые растворы, используемые при разбуривании солевых отложений в глубоких скважинах: М., ВНИИОЭНГ, 1978, с.32.

6. Авторское свидетельство СССР №74711. Опубл.03.01.79.

7. Безглинистый буровой раствор для вскрытия продуктивных горизонтов. Крезуб А.П., Вахрушев Л.П., Яненко В.И. А.с.СССР №1196368. Заявлено 19.03.84.Опубл.07.12.85. Бюл.№ 45, с.41.

8. Буровой раствор для вскрытия продуктивных горизонтов. Крезуб А.П. Вахрушев Л.П., Яненко В.И. А.с.СССР №1196368. Заявлено 19.03.84. Опубл.07.12.85, Ш № 45, с.41.

9. Буровой раствор. А.с.СССР № II80377. МКИ4 С09 К 7/02. Опубл. 23.09.85. Б.И.№ 35.

10. Гаджиев Н.А., Ядулаев Н.Н., Шарушин А.С.:"0 влиянии гидростатиче-ческого давления на показатели работы долот". Азерб.нефт. хоз.", № 9, 1967 г.

11. Гореновский И.Т. и др. Краткий справочник по химии. Киев, "Наукова думка", 1974, с.351.

12. Гринберг "Введение в химию комплексных соединений".Ленинград.из-во "Химия", 197I г., с.504-505.

13. Дисперсные системы в бурении. Киев."Ндукова думка",1977,с.32.

14. Дкон Р.Грей, Г.С.Г.Дарли "Состав и свойства буровых агентов" (промывочные жидкости). М.,"Недра",1985.

15. Дедусенко Г.И., Иванников В.И., Липкес М.И."Буровые растворы с малым содержанием твердой фазы". М.,"Недра",1985.

16. Дкемс Л.Ламмус. "Анализ систем промывки скважин".Инженер-нефтяник, ¥12, 1974, с.36-42.

17. Блинов Н.П. "Общие закономерности строения и развития микробов -- продуцентов биологически активных веществ". Л.Медицина,1977,с.176-177.

18. Заявка Великобритании № I59I3I3. Опубл.1981,17 июня №4811.19.'Заявка Великобритании № 2022015. Опубл.12.12.1972 г.

19. Золотовский Б.П. Особенности строения и свойства первичных полимерных частиц свежеосажденных гидрогелей хрома Ш.Изв.А.Н.СССР. Сер.Химия, 1977, 2, с.284.

20. Красин Н.И., Ишмухаметова A.M., Мавмотов М.Р., Крысина Т.И. "Применение безглинистых полимерсолевых буровых растворов". Уфимский нефтяной институт. Пермь, 1982.

21. Михеев В.А. "Технологические свойства буровых растворов".М., "Недра", 1979, с.190.

22. Пат.США № 42908Э9,публ.1981.22.09. ИСЗР, 1982,№7,в.59,с.47.

23. Пат ФРГ № 3303895, ЕМВ 43/22; ИСЗР,1984,в.84,№6,с.20.

24. Пат.СШАМ247402, публ.1981, 27 янв,ИСЗР,1982,№2,с.52.

25. Пат.США №3964972,публ.22.06.76.

26. Пат.США № 3953336, публ.27.04.76.

27. Пат.США №3728259,публ.1973,17.04.

28. Пат Великобритании № I59I3I3, НКИ СЗИ, СЗУ,публ.1981,17.06.

29. Полисахариды и их производные, как основные вещества для приготовления буровых растворов". №9,1972,сЛП-П4.

30. Пат.США №3921733,НКИ 175-65,публ.25Л 1.75.

31. Пат.США №3953335,НКИ 252-8,5А,публ.27.04.76.

32. Пат.США №4290899, НКИ 252-8,5А,публ.22.09.1981.

33. Пат.США №4035195,кл.С08 1/26,публЛ2.06.1977.

34. Пат.США № 4239629, НКИ 252-8.5С,публ.16.02Л980.

35. Пат.США № 4547297, НКИ 252-8.5, публ.15.II.1985.

36. Пеньков А.И.,Шишов В.А., Федосов Р.И, "Требования к растворам безглинистым и с низким содержанием твердой фазы". "Нефтяное хозяйство", №5,1981, с.23.

37. Пеньков А.И.,Шишов В.А.,Федосов Р.И. "О требованиях к безглинист? растворам и растворам с низким содержанием твердой фазы".Труды ВНИИКРнефти "Промывка скважин",вып.18,Краснодар,1980,с.160-164.39.'Патент США №4021355 "Состав для разрыва пластов".

38. Пеньков А.И., Панченко Г.Г."Влияние водоотдачи буровых растворов на возникновение прихватов" НТС"%рение",вып.5,М.,ВНИИ0ЭНГ,1970, с.6-8.

39. Пат.США № 4035195,публЛ2.07.1977.

40. Пеньков А.И., Ананьев А.Н., Федосов Р.И. "Стабилизация буровых растворов сульфацеллом при проводке скважин в условиях полиминеральной агрессии". РНТС, сер."Бурение",вып.12,М.,ВНИИ0НГ,1982.

41. Рябченко В.И., Федосов Р.И., Пеньков А.И.Глазман Б.А.,Хохлен-ко А.Ф., Шубина JI.H,, Скорик Л.Т. :"Еиополимер Криптан новый реагент для безглинистых и малоглинистых буровых растворов со специфическими свойствами".Труды ВНИИКРнефти,1982,с.З-8.

42. Роджерс В.Ф. "Состав и свойства промывочных жидкостей".М.,"Недра'" 1967, с.544-546.

43. Райдел Э.Х. Тейлор "Катализ в теории и практике", госхимиздат, Ленинград, 1933,с.318.

44. Федоров В.С.,Козодой А.К.,Зубарев А.В. Промывка скважин при буреш М., Гостоптехиздат,1963 г.

45. Федосов Р.И."Новый химический реагент полимерная основа длябезглинитсых и малоглинистых буровых растворов.".Труды ВНИИКРнефт.' J983, с.58-64.

46. Федосов P.И., Пеньков А.И."Безглинистая система бурового раствора на водной основе для условий сероводородной агрессии и АВПД". Труды ВНИИКРнефти, 1967,0.4-10.

47. Фаталиев М.Д., Фараджиев Т.Г.Беликов Т.Г."Влияние перепада давле ния на показатели работы долота".НТС"Бурение,вып.7,М.,ВНИИОЭНГ, 1967.

48. Федосов Р.И.Пеньков А.И.,Шишов В.А. "Безглинистые тиксотропные буровые растворы на основе синтетических полимеров с особыми реологическими свойствами".Труды ВНИИКРнефти "Выбор оптимальной технологии промывки скважин", Краснодар, 1981, с.99-104.

49. Федосов Р.И., Пеньков А.И.Сухарев С.С., Шишов В.А."Полимерный буровой раствор, ас.СССР №831774.Опубл.Б.И.№19,1981.

50. Федосов Р.И., Пеньков А.И.'.'Способ приготовления полимерного бурового раствора",а.с.СССР №1546463.Опубл.28.02.90.БИ №8.

51. Федосов Р.И. "Тиксотропные безглинистые системы для вскрытия продуктивных горизонтов". Тезисы докладов второй ВНТК "Вскрытие нефтегазовых пластов и освоение скважин",М„,1988,с.40.

52. Шубина Л.Н., Голубев В.И., Федосов Р.И. и др."Штамм дрожжей -продуцент вязких полимерсахаридов, используемых в полимерных буровых растворах" А.с.СССР №747115. Опубл.Б.И.№25,1980.

53. Эккель Дж. Влияние свойств глинистых растворов на механическую скорость проходки.-сб.переводов.Практика обработки глинистых растворов в США.М.,Г0СИН1И,1958,с.51-64.

54. Янг Р.С.,Грей К.Е. "Динамика фильтрации в процессах бурения микродолотом".51. 40t //lbt с. 90-92 (mix)

55. Offshore i9?5,b6/Sytgo (омы)м. v Oct &ncL ifaj) тг> a/9 т во. t, liztfatoi block; a/zuttriad system <je& fleSd tuai. 60. Htmiobj f. fcAi&hi Ш*gumfo-$£ate dtcStirtq,0lIaU 4912, 3/xt v. 70, pp 49- 81.

56. Председателя! Климова В.М. зам.генерального директора по бурению1.U "ИМ"

57. Зам.председателя» Берко Л.Я. гл.технолога НО "ШШ"

58. В ходе испытании бурение на беяглинистом полимерном буровом растворе велось в интервале /ОО-ИВООм.

59. Комиссия считает, рецептура, технолягия приготовления и хгри-* менения безглинистого полимерного бурового раствора для бурения и испытания скважин с забойными температурами 130°С выдержали испытания со следующими заключениями:

60. Время н&хоздений гидрогелевого раствора • стволе скважины составило ВО суток, но набухания и оснпання глин это не вызвало.

61. Перемещение инструмента в скважине при СПО осуществлялось фактически без проработок.

62. Механическая скорость бурения составила м/час при величинах 5»3 и u/чпс у базовых скважин, проходка же на долото возрясла на

63. Рекомендовать рецептуру, технологию приготовления к применения безглииистого полимерного бурового раствора для бурения и испытания скважин с аабойнмми температурами 130°С, к промышленному применении.1. Председатель: И.М.Ялнмов

64. Комиссия в составе: Председателя Нлымова Б.М.

65. Зам. председателя Беркс^ Н.Я. '{ленов комиссии Ненькова А.И.

66. Комиссия считает беэглинистый полимерный буровой раствор на основе гидрогеля оксиэтилцеллюлоаы додержал испытания во следукхфши заключениями:

67. Рекомендовать безглинистый полимерный буровой раствор на основе гидрогеля оксиэтилцеллюлозы к промышленному внедрению.

68. Председатель: Зам.првдсйдатвля-Члены комиссии1. В.М.Нлымов.1. Н.Я.Бврко.1. А.И.Пеньков.1. Р.И.Федосов.1. А.Н.Баранов.1. А.И.Авдеев.1. СПРАВКА

69. Справка чана пля приложения к ниссертаттионной работе.1. А.И.Ишанов

70. НАСТОЯЩИЙ ДОКУМЕНТ РАЗРАБОТАН:

71. Всесоюзным научно-исследовательским и проектным институтам по креплению скважин и буровым растворам ( ВНИИКРнефть )1. А.И.Булатов 199(| г.

72. Ответственные исполнители:

73. Старший научный сотрудник лаборатории термостойких буро вшс-оа тпзорб в1. Р.И.Федосов1. Заведующий лабораториейл1. А.И.Пеньков1631. РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

74. Инструкция по технологии приготовления, применения термостойкого безглинистого бурового раствора для бурения и испытания скважин с забойными температурами 130 °С на площадях Астраханского УБР ( хоз. договор № 89.166)1. Введен впервые

75. Срок введения установлен с Срок действия до

76. Инструкция предназначена для работников буровых предприятий научно-исследовательских институтов и проектно-конструкторских организаций, связанных с использованием расиворов на водной основе.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

77. При использовании кислоторастворимых утяжелителей ( сидерит и др. ), раствор позволяет на 90 % восстанавливать проницаемость продуктивного пласта после его вскрытия и кислотной обработки.

78. Модифицированный термостойкий гидрогель ОЭЦ обладает недиспергирующими, ингибирующими свойствами, а также высокой фло-кулирующей способностью глин различного минералогического состава,

79. Результатом применения расвворов такого типа является увеличение механической скорости проходки, сокращение расхода доли повышение технико-экономических показатеявй бурения.

80. Раствор устойчив ко всем видам солевой и сероводородной агрессии.

81. Гидрогель ОЭЦ готовится непосредственно на буровых с использованием стандартного оборудования для приготовления буровых растворов.

82. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МАТЕРИМЫ

83. Раствор готовится в емкости ЦС, снабженной гидравлическими перемешивателями типа 4УПГ или механическими типа ГШвозможно приготовление раствора и в глиномешалке ), с последующим спуском готового раствора в приемные емкости.

84. Технические средства и методы определения параметров бурового раствора осуществляются согласно существующей инструкции РД "Методика контроля параметров буровых растворов"

85. Для этой цели могут быть применены:

86. Gi.xASСЦ, -GHzO ГОСТ 4472-781. Gt (CHiCOOJA ГОСТ 5831-771. OiCli-bHiO ГОСТ 4473-78

87. К Ot ($04)z ■ 12Hp. О ГОСТ 4162-79

88. Gl (&0*)п -ОН(,-2ц ОСТ 6-18-219-82 ( сухойхромовый дубитель-наибо-лее доступен )

89. СОСТАВ И СВОЙСТВА ТЕРМОСТОЙКОГО ЩРОГЕЛЯ ОЭЦ

90. Безглинистый термостойкий гидрогелевый буровой раствор на основе оксиэтилцеллюлозы и солей хрома Ш должен состоять из следующих основных компонентгов в процентах ( массовых ):

91. ОЭЦ ( 7ц£о4Ъ EHI ) 0,6-0,8

92. Углещелочной регент ( УЩР ) 0,5-2,0 ТУ 39-1223-87

93. Уксусный хром или дубитель -0,3-0,64. М аОН -0,2-0,5

94. Вода техническая остальное

95. Расход компонентов может несколько изменяться при замене уксуснокислого хрома ГОСТ 5831-77 другими солями хрома Ш.

96. В табл. I приведены расход компонентов-ОЭЦ и различных солей хрома Ш в качестве комплексообразователя.

97. Рекомендуемый расход компонентов-ОЭЦ и комплексообразователя при получении гидрогеля

98. КомплексооЗразователь,1^ '0,2 0,15-0,25 0,25-0,30 0,30 0,25-0,30 0,30,4 0,20-0,3 0,30-0,40 0,25-0,30 0,30-0,4 0,25-0,30,6 0,25-0,5 0,4-0,5 0,15-0,40 0,4 0,3-0,40,8 0,3-0,6 0,5 0,25-0,50 0,5 0,4-0,5

99. ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКОГО ГИДРОГЕЛЕВОГО БУРОВОГО РАСТВОРА

100. Заготовка термостойкого гидрогеля оксиэтилцеллюлозы производится в емкости ЦС ( V 10 м3 ) для этого в последнюю под гидропистолет загружают 40-50 кг каустической соды.

101. Затем набирают 3-4 м3 воды и гидропистолетом размывают куски каустика до полного растворения.

102. Добирают воду до 5-6 м3 и вводят через гидроворонку75 кг оксиэтилцеллюлозы одновременно набирая воду до 10 м3, перемешивают щелочную взвесь ОЭЦ в течение 30 минут до образования гомогенного раствора, затем также через воронку вводят 2 % ( 200 кг ) УЩР.

103. При достижении вязкости щелочного раствора смеси 50-60 сек , вводят через гидравлическую воронку 60 кг уксуснокислого хрома ГОСТ 5831-77 и перемешивают гидропистолетами до образования гидрогеля.

104. Отбирают пробу гидрогеля , замеряют его технологические параметры СНСj/^q; £ эф ; £ пп ; Ф; рН и откачивают в приемную емкость. Затем цикл повторяется.

105. Регулирование технологических параметров полимерного гидрогелевого бурового раствора.

106. В случае снижения значений СНС в растворе на бурении, необходимо измерить величину рН раствора, и если значение этого параметра ниже десяти, довести его до 10—II вводом в буровой раствор по циклу расчетного количества /ИаОН.

107. ОЭЦ ( JfioH-ВШ) 0,8-1,0 УЩР - 1,5-2,0

108. Уксусный хром 0,5-0,6 Вода техническая - остальное рН полученного термостойкого гидрогелевого раствора должен быть 11,0-12,0 в зависимости от степени и типа минерализации технической воды взятой для его приготовления.

109. При бурении скважин с забойными температурами до 140 °С производятся замеры "забойной" фильтрации гидрогелевого раствора на фильтрпрессе ФП-200.

110. Бурение ведут с постоянным пополнением объема бурового раствора новыми порциями свежеприготовленного гидрогеля с необходимыми технологическоми параметрами.

111. При увеличении покащателя фильтрации регулировка его осуществляется также добавками свежеприготовленного гидрогеля с низкой фильтрацией, а также другими реагентами понизителями фильту рации.

112. При бурении неглубоких скважин, а также ( при наличии системы очистки ) и глубоких скважин, гидрогелевый раствор используется повторно для проводки нескольких скважин.

113. ПОЛУЧЕНИЕ ТЕРМОСТОЙКИХ ГВДРОГЕЛЕШХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ОЭЦ И ЩРОФОБИЗИРУЩИХ ЖИДКОСТЕЙ ( ГКЖ-10; ГКЖ-11; "ПЕ1РР0СИД" )

114. Получение термостойких гидрогелевых буровых- растворов на основе ОЭЦ и гидрофобизирующих жидкостей ( ГКЖ-10, ГКЖ-11, "Петропил" ) осуществляется с применением глиномешалки, либо емкости с механической мешалкой или гидросмесителем.

115. Вначале в емкости ЦС или глиномешалке готовится О,/0-0^5 56-й раствор Л/аОН. Затем вводят 0,6-0,8 % ОЭЦ и 0,5-2,0 % УЩР. Смесь перемешивают до достижения вязкости 50-60 сек на воронке СПВ-5.

116. Далее из другой дозировочной емкости из расчета на 100 кубов бурового раствора подают 1,0-3,0 м3 ГКК-10 или ГКЖ-II в емкость ЦС или глиномешалку с перемешивающимся там раствором ОЭЦ с хромом Ш, рН полученного состава далжен быть II—12.

117. Образовавшийся в емкости ЦС или глиномешалке термостойкий гидрогелевый буровой раствор на основе ОЭЦ и гидрофобизукяцих жи жидкостей перемешивают, замеряют параметры и отправляют в приемную емкость на бурение.

118. Термостойкий гидрогелевый буровой раствор на основе ОЭЦ и гидрофобизирующих жидкостей должен иметь показатели не ниже следующих :1,01-1,02 г/см3; £пл =16-30/мПа.с; ^ эф =19-50/ЙПа-с; CHCAI5/23; $=8-10; pH=II-I2. У

119. Температурный предел использования раствора 140 °С.7. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

120. Безглинистый термостойкий буровой раствор с хромовыми комплексообразователями гидрогель оксиэтилцеллюлозы относитсяк четвертому классу апасности, практически не токсичен, биологически безвреден, не оказывает вредного влияния на окружающую среду.

121. Оксиэтилцеллюлоза нетоксична, биологически безвредна и не выделяет вредных веществ в условиях поставки и эксплуатации.

122. ОЭЦ не является взрывоапасным продуктом.

123. Уксусный хром по ГОСТ 5831-77, как и все соединения трехвалентного хрома относятся к четвертому классу опасности.

124. При применении ОЭЦ и солей трехвалентного хрома, как порошкообразных продуктов, рабочие обязаны пользоваться респиратором и защитными очками.

125. При работе с каустической содой необходимо пользоваться защитными очками и резиновыми перчатками.77. Гидрогель ОЭЦ не горюч.