PL235336B1

PL235336B1 - Latex-aluminum drilling mud

Info

Publication number: PL235336B1
Application number: PL424278A
Authority: PL
Inventors: Sławomir Błaż; Małgorzata Uliasz; Anna Szajna; Grzegorz Zima; Bartłomiej Jasiński; Grzegorz Szubra
Original assignee: Inst Nafty I Gazu Panstwowy Inst Badawczy
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2020-06-29
Also published as: PL424278A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest płuczka wiertnicza lateksowo-glinowa, stosowana w trakcie przewiercania warstw skał ilasto-łupkowych, które pod wpływem wody ulegają pęcznieniu i dyspersji, zdolna do tworzenia szczelnego i odkształcalnego osadu filtracyjnego na niestabilnych i sypliwych formacjach łupkowych.The subject of the invention is a latex-clay drilling mud, used when drilling through layers of clay-shale rocks that swell and disperse under the influence of water, capable of forming a tight and deformable filter sludge on unstable and free flowing shale formations.

Znane jest rozwiązanie z opisu zgłoszenia patentowego US20020160919A1, w którym ujawniono skład płuczki wiertniczej na osnowie wody z dodatkiem emulsji lateksowej. Przykładowym lateksem zastosowanym w kompozycji według opisu może być między innymi: polietylen, polioctan winylu, kopo limer octan winylu / chlorek winylu / etylen, kopolimer octan winylu / etylen, lateks naturalny, poliizopren, polidimetylosiloksan, i ich mieszaniny. Średnia wielkość cząstek lateksu powinna wynosić poniżej 1 mikrona. Ilość lateksu w płuczce wiertniczej może być w zakresie od około 0,1 do około 10% objętości, korzystnie od około 1 do około 8% obj., a najkorzystniej od około 2 do około 5% obj. Ponadto, płuczka zawiera środek strącający, taki jak krzemian glinu lub glinian sodu. Płuczka może być sporządzana n a osnowie wody słodkiej lub zawierać dodatek soli. Jeśli lateks jest stosowany w systemie płuczki zasolonej, dodatkowo może być stosowany środek powierzchniowo czynny, np. betaina.It is known from the patent application US20020160919A1, which discloses the composition of a water-based drilling mud with the addition of a latex emulsion. An exemplary latex used in the composition as described herein may include, but are not limited to, polyethylene, polyvinyl acetate, vinyl acetate / vinyl chloride / ethylene copolymer, vinyl acetate / ethylene copolymer, natural latex, polyisoprene, polydimethylsiloxane, and mixtures thereof. The average particle size of the latex should be less than 1 micron. The amount of latex in the drilling fluid may range from about 0.1 to about 10 vol%, preferably from about 1 to about 8 vol%, and most preferably from about 2 to about 5 vol%. In addition, the scrubber contains a precipitating agent such as aluminum silicate or sodium aluminate. The scrubber may be based on fresh water or contain salt. If latex is used in a saline scrubber system, a surfactant such as betaine may additionally be used.

Znane jest również rozwiązanie z opisu zgłoszenia patentowego numer US20060116294, w którym ujawniono skład lateksu dodawanego do płuczek wiertniczych. Lateks ten zawiera od około 10 do około 70% wagowych cząstek lateksu o rozkładzie wielkości średnicy cząstek poniżej 1 mikrona i od 10 do około 25% wagowych rozpuszczalnych w wodzie utlenionych związków organicznych, zawierających dwa lub więcej atomów tlenu, wybranych z grupy obejmującej glicerynę, glikole i etery alkoholi.The solution from the patent application No. US20060116294 is also known, which discloses the composition of the latex added to drilling fluids. The latex contains from about 10 to about 70% by weight of latex particles with a particle size distribution below 1 micron and from 10 to about 25% by weight of water-soluble oxygenated organic compounds containing two or more oxygen atoms selected from the group consisting of glycerin, glycols and alcohol ethers.

Z kolei w zgłoszeniu patentowym nr EP1670871 ujawniono stosowanie lateksu w płuczkach na osnowie oleju jako środka do kontrolowania i zapobiegania utracie płuczki podczas przewiercania formacji piaskowcowych. Lateks stanowi wodną zawiesinę cząstek utworzon ych na drodze polimeryzacji w emulsji, która z kolei jest zemulgowana w płuczce olejowodyspersyjnej.In turn, Patent Application No. EP1670871 discloses the use of latex in an oil-based washer as a means to control and prevent loss of the washer during the drilling of sandstone formations. Latex is an aqueous suspension of particles formed by emulsion polymerization which in turn is emulsified in an oil dispersion scrubber.

Wg innych rozwiązań, ujawnionych odpowiednio np. w zgłoszeniu patentowym numer US20040132625 czy patencie US7749945, w płuczkach tych zastosowano dodatek lateksu do olejowodyspersyjnej płuczki wiertniczej, oraz system olejowodyspersyjnej płuczki wiertniczej zawierający zdyspergowane cząstki lateksu w zemulgowanej fazie wodnej płuczki inwersyjnej.According to other solutions, disclosed, for example, in the patent application number US20040132625 or patent US7749945, these muds use the addition of latex to an oil-dispersion drilling mud, and an oil-dispersion drilling mud system containing dispersed latex particles in the emulsified water phase of the inversion mud.

Z kolei w innym ujawnionym rozwiązaniu, opisanym w opisie patentowym nr PL188174 B1, płuczka wiertnicza składająca się z wodnej zawiesiny biocydu, środka skrobiowego i biopolimeru z dodatkiem chlorku potasu, poliglikolu i emulgatora, zawiera 3% wagowe modyfikowanego trójpolifosforanem sodu i kwasem ortofosforowym szkła wodnego sodowego, w stosunku do masy płuczki, przy czym zawartość mieszaniny trójpolifosforanu sodu i kwasu ortofosforowego w przeliczeniu na pięciotlenek fosforu wynosi 10% wagowych w stosunku do szkła wodnego sodowego.In turn, in another disclosed embodiment, described in the patent description No. PL188174 B1, the drilling mud consisting of an aqueous suspension of biocide, starch agent and biopolymer with the addition of potassium chloride, polyglycol and an emulsifier, contains 3% by weight of sodium glass modified with sodium tripolyphosphate and orthophosphoric acid , based on the weight of the scrubber, the content of the mixture of sodium tripolyphosphate and orthophosphoric acid in terms of phosphorus pentoxide is 10% by weight with respect to sodium water glass.

Powszechnie stosowaną również płuczką o działaniu inhibitującym do przewiercania warstw ilasto-łupkowych jest płuczka potasowo-polimerowa, składająca się z wodnej zawiesiny środka celulozowego lub skrobiowego, biopolimeru, częściowo hydrolizowanego poliakryloamidu z dodatkiem chlorku potasowego. W składzie płuczki stosowany jest również biocyd oraz środki poprawiające właściwości smarne i zapobiegające pienieniu, jak również materiały obciążające.A commonly used scrubber with an inhibitory effect for drilling through clay-shale layers is a potassium-polymer scrubber consisting of an aqueous suspension of a cellulose or starch agent, a biopolymer, partially hydrolyzed polyacrylamide with the addition of potassium chloride. The scrubber also uses a biocide and agents improving lubricating and anti-foaming properties, as well as weighting materials.

Przykładowe rozwiązania opisane powyżej przedstawiają stosowanie emulsji lateksowych w płuczkach wiertniczych lub stosowanie lateksów w połączeniu ze związkami glinowymi. Przedstawione rozwiązania w różny sposób wpływają na zmniejszenie ciśnienia porowego przewiercanej formacji, lecz nie mogą być stosowane w płuczkach o pełnym zasoleniu NaCl i wymagają stosowania dodatkowych związków powierzchniowo czynnych. Ponadto, nie posiadają dobrych właściwości związanych z doszczelnieniem przestrzeni porowej przewiercanej formacji łupkowej.The exemplary embodiments described above illustrate the use of latex emulsions in drilling fluids or the use of latexes in conjunction with aluminum compounds. The presented solutions reduce the pore pressure of the drilled formation in various ways, but they cannot be used in scrubbers with full NaCl salinity and require the use of additional surfactants. Moreover, they do not have good properties related to sealing the pore space of the drilled shale formation.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego rodzaju inhibitowanej płuczki wiertniczej, zdolnej do tworzenia na przewiercanych niestabilnych i sypliwych formacjach łupkowych szczelnego i odkształcalnego osadu filtracyjnego, który to będzie przeciwdziałał wnikaniu filtratu płuczkowego. Ponadto, płuczka wiertnicza powinna w znacznie większym stopniu, niż dotychczas stosowane płuczki wiertnicze, ograniczyć wzrost ciśnienia porowego przewiercanej formacji skalnej.The object of the invention is to develop a new type of inhibited drilling fluid capable of forming a tight and deformable filter cake on the unstable and free flowing shale formations that are drilled through, which will prevent the penetration of the drilling fluid. Moreover, the drilling fluid should, to a much greater extent than previously used drilling fluids, limit the increase in the pore pressure of the drilled rock formation.

Cel ten osiągnięto w rozwiązaniu według wynalazku, w którym płuczka wiertnicza lateksowo-glinowa na osnowie wody z dodatkiem emulsji lateksowej glinianu sodu i środka powierzchniowo czynnego charakteryzuje się tym, że na 1 dm³ wody zawiera dodatek od 20 do 100 cm³ lateksu KW, będącego mieszaniną składającą się z 90% obj. wodnej dyspersji kopolimeru butadienowo-styrenowego zasolonejThis goal has been achieved in the solution according to the invention, in which the water-based latex-aluminum drilling mud with the addition of sodium aluminate latex emulsion and a surfactant is characterized by the fact that for 1 dm ^{3 of} water it contains 20 to 100 cm ^{3 of} KW latex, which is a mixture of 90% vol. aqueous dispersion of saline styrene-butadiene copolymer

PL 235 336 B1PL 235 336 B1

10% NaCI, 7% obj. dietanoloaminy i 3% obj. środka powierzchniowo czynnego w postaci kokoamidopropylobetainy, a także zawiera od 3 do 10 g kompleksu glinowego B, składającego się z 40% wag. glinianu sodu, 40% wag. humianu potasu, 10% wag. glukonianu sodu i 10% wag. grafitu, a także zawiera od 0,5 do 4 g biopolimeru ksantan, od 20 do 50 g polimeru obniżającego filtrację w postaci karboksymetylocelulozy lub/i środka skrobiowego, od 1 do 5 g częściowo hydrolizowanego poliakryloamidu, od 30 do 150 g jonowego inhibitora skał ilastych KCl, materiał obciążający i 2 cm³ środka przeciwpiennego.10% NaCI, 7% vol. diethanolamine and 3% vol. of the surfactant in the form of cocoamidopropyl betaine, and also contains from 3 to 10 g of aluminum complex B, consisting of 40 wt. % sodium aluminate, 40 wt. % of potassium humate, 10 wt. % sodium gluconate and 10 wt. graphite, and also contains from 0.5 to 4 g of xanthan biopolymer, from 20 to 50 g of polymer that reduces filtration in the form of carboxymethyl cellulose and / or starch, from 1 to 5 g of partially hydrolyzed polyacrylamide, from 30 to 150 g of ionic clay inhibitor KCl, weighting material and 2 cm ³ antifoam.

Płuczka wiertnicza lateksowo-glinowa korzystnie dodatkowo zawiera 200 g NaCl.The latex-aluminum drilling mud preferably additionally contains 200 g of NaCl.

Płuczka wiertnicza lateksowo-glinowa zawiera materiał obciążający w postaci barytu lub/i blokatora, lub/i hematytu.The latex-aluminum drilling mud contains barite and / or blocker and / or hematite loading material.

Zaletą takiego rozwiązania jest stworzenie inhibitowanej płuczki wiertniczej zawierającej w swoim składzie stabilizatory skał łupkowych (lateks KW i kompleks glinowy B) zdolnej do tworzenia na przewiercanych niestabilnych i sypliwych formacjach łupkowych, szczelnego i odkształcalnego osadu filtracyjnego, przeciwdziałającego wnikaniu filtratu płuczkowego i ograniczającego wzrost ciśnienia porowego przewiercanej formacji skalnej. Ponadto, użyta płuczka wiertnicza według powyższego rozwiązania, ograniczy wielkość sił hydratacji powierzchniowej i osmotycznej, które są przyczyną obniżenia wytrzymałości skały i utraty stateczności ściany otworu wiertniczego.The advantage of such a solution is the creation of an inhibited drilling mud containing shale stabilizers (KW latex and aluminum complex B) capable of creating a tight and deformable filter sludge on the drilled unstable and free-flowing shale formations, preventing the penetration of the drilling fluid and limiting the increase in the pore pressure of the drilled rock formation. Moreover, the drilling fluid used according to the above solution will limit the magnitude of the surface and osmotic hydration forces which are the cause of the reduction of rock strength and the loss of bore wall stability.

Technologię sporządzania płuczki wiertniczej wg wynalazku w warunkach laboratoryjnych w przykładzie wykonania opisano poniżej.The technology of preparing a drilling mud according to the invention in laboratory conditions in an embodiment is described below.

PRZYKŁAD1EXAMPLE 1

Sporządzanie płuczki lateksowo-glinowej do przewiercania warstw ilasto-łupkowych w warunkach laboratoryjnych odbywa się w ten sposób, że do 1 dm³ wody wodociągowej podczas ciągłego mieszania, w następującej kolejności dodaje się 6 g kompleksu glinowego B, który składa się z 40% wag. glinianu sodu, 40% wag. humianu potasu, 10% wag. glukonianu sodu i 10% wag. grafitu, oraz charakteryzuje się tym, że jest stabilny w środowisku płuczki przy pH od 9 do 12. W porach skał łupkowych natomiast, przy kontakcie z solanką złożową o niskim pH, może z płuczki wytrącać się osad, wpływając korzystnie na doszczelnienie przestrzeni porowej skał łupkowych. Opracowany kompleks glinowy B wykazuje dużą zgodność w zakresie stabilności z polimerami stosowanymi w składzie płuczki wiertniczej, jak również z lateksem KW, będącym mieszaniną składającą się z 90% obj. wodnej dyspersji kopolimeru butadienowo-styrenowego zasolonej 10% NaCl, 7% obj. dietanoloaminy i 3% obj. środka powierzchniowo czynnego w postaci kokoamidopropylobetainy, który dodawany jest do płuczki w ilości 30 cm³. Zmodyfikowany lateks KW charakteryzuje się zwiększoną odpornością na zasolenie NaCl i działanie podwyższonej temperatury. Z uwagi na swoje właściwości może być zarówno stosowany w składach płuczek słodkowodnych, zawierających od 30 do 70 g/dm³ KCl, jak również w płuczkach stosowanych do przewiercania warstw solnych.The clay-latex scrubber for drilling clay-shale layers under laboratory conditions is prepared in such a way that to 1 dm ^{3 of} tap water with continuous mixing, 6 g of aluminum complex B are added in the following sequence, which consists of 40 wt. % sodium aluminate, 40 wt. % of potassium humate, 10 wt. % sodium gluconate and 10 wt. graphite, and is characterized by the fact that it is stable in the scrubber environment at a pH of 9 to 12. In the pores of shale rocks, on the other hand, upon contact with low pH reservoir brine, sediment may precipitate from the scrubber, which has a positive effect on sealing the pore space of shale rocks . The developed aluminum complex B shows a high compatibility in terms of stability with the polymers used in the composition of the drilling fluid, as well as with the KW latex, which is a mixture consisting of 90 vol. aqueous dispersion of styrene-butadiene copolymer, salted with 10% NaCl, 7% vol. diethanolamine and 3% vol. a surfactant in the form of cocoamidopropyl betaine, which is added to the scrubber in the amount of 30 cm ³ . The modified KW latex is characterized by increased resistance to salinity, NaCl and the action of increased temperature. Due to its properties, it can be used both in the compositions of freshwater scrubbers, containing from 30 to 70 g / dm ³ KCl, as well as in scrubbers used to drill through the salt layers.

Ponadto, do sporządzenia płuczki użyto: 2,5 g biopolimeru XCD, 20 g środka celulozowego CMC LV, 15 g skrobi kleikowanej, 2 g częściowo hydrolizowanego poliakryloamidu, 70 g KCl, 70 g blokatora M25 oraz baryt do uzyskania gęstości 1200 kg/m³ i środka przeciwpiennego w ilości 2 cm³. Uzyskana płuczka charakteryzuje się gęstością 1240 kg/m³, lepkością plastyczną 55 mPas, lepkością pozorną 71,5 mPas, granicą płynięcia 27,7 Pa, filtracją 2,4 cm³/30 min.In addition, the following was used to prepare the washer: 2.5 g of XCD biopolymer, 20 g of CMC LV cellulose, 15 g of gelatinized starch, 2 g of partially hydrolyzed polyacrylamide, 70 g of KCl, 70 g of M25 blocker and barite to obtain a density of 1200 kg / m ³ and an antifoam in an amount of 2 cm ³ . The resultant washer is characterized by a density of 1240 kg / m ^3, the plastic viscosity 55 mPas, the apparent viscosity of 71.5 mPas, a flow limit of 27.7 Pa, filtration 2.4 cm ^3/30 min.

PRZYKŁAD 2EXAMPLE 2

W przykładzie wykonania przedstawiono sposób sporządzenia 1 dm³ płuczki lateksowo-glinowej, przystosowanej do przewiercania warstw solnych. Płuczkę sporządzono w następujący sposób: Do 1 dm³ wody wodociągowej podczas ciągłego mieszania dodaje się 6 g kompleksu glinowego B, 30 cm³lateksu KW, 2 g biopolimeru XCD będącego ksantanem, 20 g środka celulozowego CMC LV, 15 g skrobi kleikowanej, 2 g częściowo hydrolizowanego poliakryloamidu, 70 g KCl, 200 g NaCl, 70 g blokatora M25 oraz baryt do uzyskania gęstości do 1400 kg/m³ i środka przeciwpiennego w ilości 2 cm³. Uzyskana płuczka charakteryzuje się gęstością 1380 kg/m³, lepkością plastyczną 68 mPas, lepkością pozorną 108 mPas, granicą płynięcia 38,2 Pa, filtracją 2,4 cm³/30 min.In the exemplary embodiment, a method of preparing 1 dm ^{3 of a} latex-aluminum scrubber, adapted to drilling through salt layers, was presented. The rinse was prepared as follows: To 1 dm ^{3 of} tap water, 6 g of aluminum complex B, 30 cm ^{3 of} KW latex, 2 g of the XCD biopolymer being xanthan, 20 g of CMC LV cellulose, 15 g of gelatinized starch, 2 g are added to 1 dm ^{3 of} tap water with constant stirring. partially hydrolyzed polyacrylamide, 70 g KCl 200 g NaCl 70 g blokatora M25 and barytes to a density of 1400 kg / m ³ and an antifoam agent in an amount of 2 cm ^3. The resultant washer is characterized by a density of 1380 kg / m ^3, the plastic viscosity 68 mPas, the apparent viscosity of 108 mPas, a flow limit of 38.2 Pa, filtration 2.4 cm ^3/30 min.

Badania przenikania ciśnienia porowego przeprowadzone na próbce łupku eoceńskiego charakteryzującego się porowatością 28,4 %, i przepuszczalnością 0,076 mD, wykazały, że płuczka lateksowoglinowa stworzyła stabilne uszczelnienie, które ograniczyło przepływ filtratu płuczkowego przez łupek eoceński. Po 72 godz. testu odnotowano spadek ciśnienia porowego skały łupkowej o 90% w stosunku do płuczki solno-polimerowej.Pore pressure penetration studies carried out on a sample of Eocene shale with a porosity of 28.4% and a permeability of 0.076 mD, showed that the aluminum latex scrubber created a stable seal that limited the flow of the wash filtrate through the Eocene shale. After 72 hours The test showed a decrease in the pore pressure of the shale rock by 90% in relation to the salt-polymer scrubber.

Płuczka wiertnicza według wynalazku może być stosowana do przewiercania sypliwych i niestabilnych warstw łupkowych, ograniczając wzrost ciśnienia porowego przewiercanych formacji skalnychThe drilling mud according to the invention can be used to drill through loose and unstable shale layers, limiting the increase in the pore pressure of the drilled rock formations

PL 235 336 B1 na drodze tworzenia półprzepuszczalnego i odkształcalnego uszczelnienia, blokującego wnikanie filtratu płuczkowego w pory skał. Płuczka ta może znaleźć również zastosowanie do przewiercania częściowo wyeksploatowanych skał piaskowcowych oraz innych skał, które pod wpływem wody ulegają pęcznieniu i dyspersji.By creating a semi-permeable and deformable seal, preventing the wash filtrate from penetrating the pores of the rock. The scrubber can also be used for drilling partially depleted sandstone rocks and other rocks which swell and disperse under the influence of water.

Claims

1. Latex-aluminum drilling mud based on water with the addition of latex emulsion, sodium aluminate and a surfactant, characterized in that for 1 dm ^{3 of} water it contains from 20 to 100 cm ^{3 of} KW latex, which is a mixture consisting of 90% vol. . aqueous dispersion of styrene-butadiene copolymer, salted with 10% NaCl, 7% vol. diethanolamine and 3% vol. of the surfactant in the form of cocoamidopropyl betaine, and also contains from 3 to 10 g of aluminum complex B, consisting of 40 wt. % sodium aluminate, 40 wt. % of potassium humate, 10 wt. % sodium gluconate and 10 wt. graphite, and also contains from 0.5 to 4 g of xanthan biopolymer, from 20 to 50 g of polymer that reduces filtration in the form of carboxymethyl cellulose and / or starch, from 1 to 5 g of partially hydrolyzed polyacrylamide, from 30 to 150 g of ionic clay inhibitor KCl, weighting material and 2 cm ³ antifoam.

2. Latex-aluminum drilling mud according to claim 1; The method of claim 1 further comprising 200 g of NaCl.

3. Latex-aluminum drilling mud according to claim 1; The method of claim 1 and 2, characterized in that the loading material is barite and / or blocker and / or hematite.