RU2502774C1

RU2502774C1 - Буровой раствор на углеводородной основе

Info

Publication number: RU2502774C1
Application number: RU2012130208/03A
Authority: RU
Inventors: Вадим Николаевич Хлебников; Владимир Арнольдович Винокуров; Максим Евгеньевич Бардин; Юлия Федоровна Гущина; Антон Павлович Семенов; Ольга Владимировна Попова; Евгений Кимович Нискулов
Original assignee: Некоммерческое партнерство "Технопарк Губкинского университета"
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2013-12-27

Abstract

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к буровым растворам на углеводородной основе, предназначенным для проходки интервалов неустойчивых, глинистых пород, интервалов многолетних мерзлотных пород, продуктивных пластов и бурения горизонтальных участков скважин. Буровой раствор на углеводородной основе, включающий высокоокисленный высокоплавкий битум, поверхностно-активное вещество - ПАВ и дизельное топливо, содержит высокоокисленный высокоплавкий битум в виде 30-40% раствора в ксилоле или смеси ксилола и дизельного топлива с содержанием в растворителе ксилола от 50 до 99%, в качестве ПАВ - гидрофобизатор АБР, и дополнительно - рапсовое масло, глинопорошок или мрамор, или их смесь в соотношении 1:1, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: указанный раствор высокоокисленного высокоплавкого битума 40-75, рапсовое масло 15-40, гидрофобизатор АБР 2-5, дизельное топливо 0-20, глинопорошок, или мелкодисперсный мрамор, или их смесь 0-30. Технический результат - упрощение технологии приготовления раствора в промысловых условиях и сокращение времени его приготовления при сохранении всех его показателей. 3 пр., 3 табл.

Description

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, в частности, к буровым растворам на углеводородной основе, предназначенным для проходки интервалов неустойчивых, глинистых пород, интервалов многолетних мерзлотных пород, продуктивных пластов и бурении горизонтальных участков скважин.

Известен буровой раствор на углеводородной основе, включающий битум строительный, парафин, кубовые остатки синтетических жирных кислот, барит или мел и нефть (RU 2224002, 2002 г.).

Недостатками указанного раствора являются низкая технологичность, связанная с высокой температурой плавления (размягчения) строительного битума и низкая породоемкость из-за высокого содержания твердого утяжелителя.

Известен буровой раствор на углеводородной основе, включающий касторовое масло, загуститель, гидрофибизатор, хлорид кальция, воду, неонол АФ-9/12 и органофильный бентонит (RU 2263701, 2003 г.).

Недостатками указанного раствора являются недостаточная технологичность и высокая пластическая вязкость раствора.

Известен буровой раствор на углеводородной основе, включающий высокоокисленный строительный битум, сульфанол, торф, понизитель вязкости мазута «Повяма» и дизельное топливо, причем «Повяма» используется для облегчения растворения высокоокисленного битума (RU 2379324, 2008 г.).

Недостатками данного состава являются его токсичность и способность ухудшать качество добываемой нефти. Поскольку используемый понизитель вязкости «Повяма» является отходом производства и содержит в своем составе высокотоксичные оксиды непредельных углеводородов С₂-С₄ и их хлорпроизводные, непредельные соединения и хлорекс (бис-(2-хлорэтиловый эфир), то при попадании хлорорганических соединений в нефть ее невозможно перерабатывать современными методами.

Из известных буровых растворов наиболее близким к предлагаемому является известково-битумный буровой раствор, включающий высокоокисленный высокоплавкий битум, негашеную известь, сульфанол, воду, барит и дизельное топливо (Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин. - М.Недра, 1984, с.61-63).

Недостатками известного бурового раствора являются его малая технологичность, связанная с медленными процессами гашения извести, образованием кальциевых мыл и растворения высокоплавкого высокоокисленного битума в дизельном топливе, а также необходимостью длительное время (5-6 часов) поддерживать температуру раствора в интервале 75-90°C

Как известно, высокоокисленный высокоплавкий битум является высококачественным, доступным и недорогим реагентом для загущения и структурирования буровых растворов на углеводородной основе. Главным недостатком битума, как компонента буровых растворов, является его нетехнологичность - при приготовлении буровых растворов требуется нагревать смесь битума вместе с пожароопасным дизельным топливом до температуры выше температуры размягчения битума.

Чем выше степень окисления (точнее степень термоокислительной конденсации) битума, тем большей молекулярной массой обладают компоненты битума и увеличивается эффективность битума в качестве структурообразователя и загустителя буровых растворов на углеводородной основе. Однако рост молекулярной массы компонентов повышает температуру размягчения битума, т.е. дополнительно снижает его технологичность.

Задачей изобретения является разработка бурового раствора на углеводородной основе, обеспечивающего упрощение технологии приготовления раствора в промысловых условиях и сокращение времени его приготовления.

При этом повышение технологичности предлагаемого бурового раствора достигается при сохранении всех показателей раствора на требуемом уровне.

Поставленная задача достигается тем, что буровой раствор на углеводородной основе, включающий высокоокисленный высокоплавкий битум, поверхностно-активное вещество и дизельное топливо, согласно изобретению, содержит высокоокисленный высокоплавкий битум в виде 30-40% раствора в ксилоле или смеси ксилола и дизельного топлива с содержанием в растворителе ксилола от 50 до 99%, в качестве поверхностно-активного вещества - гидро-фобизатор АБР, и дополнительно - рапсовое масло, глинопорошок или мрамор или их смесь в соотношении 1:1 при следующих соотношениях компонентов, масс.%:

30-40% раствор высокоокисленного высокоплавкого битума в ксилоле

или смеси ксилола с дизельным топливом	40-75%
Рапсовое масло	15-40%
Гидрофобизатор	2-5%
Дизельное топливо	0-20%
Глинопорошок или мелкодисперсный мрамор
или их смесь	0-30%

Принципиальная сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании вместо твердого высокоплавкого высокоокисленного битума 30-40% раствора высокоплавкого высокоокисленного битума в ксилоле или смеси ксилола и дизельного топлива, который является жидкой товарной формой высокоплавкого битума.

В качестве высокоокисленного высокоплавкого битума можно использовать высокоплавкий строительный (кровельный) или изоляционный битум с температурой размягчения не ниже 70°C, которые содержат более высокомолекулярные компоненты, чем низкоплавкий дорожный битум (температуры размягчения ниже 50°C), обычно применяемый в буровых растворах на битумной основе. В заявляемом составе могут быть использованы битумы марок БН 70/30, БН 90/10 (ГОСТ 6617-76), БНК 90/30 (ГОСТ 9548-74) и аналогичные с температурой размягчения не ниже 70°C.

Повышение степени окисления битума увеличивает молекулярную массу компонентов битума и повышает температуру размягчения битума.

Процесс приготовления 30-40% раствора высокоплавкого высокоокисленного битума в ксилоле или смеси ксилола и дизельного топлива заключается в следующем. В растворитель добавляют мелкораздробленный или расплавленный битум, после чего раствор перемешивают до полного растворения битума. При необходимости раствор подогревают для ускорения процесса растворения. Содержание ксилола в растворителе составляет 100-50%, а дизельного топлива 0-50%.

30-40% растворы высокоокисленного высокоплавкого битума в ксилоле или смеси ксилола и дизельного топлива устойчивы, могут транспортироваться в подходящих емкостях к месту приготовления бурового раствора.

Способ приготовления заявляемого раствора на углеводородной основе включает смешение предварительно приготовленного 30-40% раствора высокоплавкого высокоокисленного битума в ксилоле или смеси ксилола и дизельного топлива, дизельного топлива, рапсового масла и гидрофо-бизатора АБР (углеводородный раствор продуктов конденсации жирных кислот с аминами. ТУ 2483-081-17197708-2003). Порядок смешения жидких компонентов не имеет значения.

Для уменьшения фильтратоотдачи в состав раствора может быть введена твердая фаза в виде глинопорошка или мелкодисперсного (степень дисперсности 50-200 мкм) мрамора (мела) в соотношении 1:1.

Выбуренная мелкодисперсная порода (глинистые сланец и/или песчаник и т.п.) также может выступать в качестве понизителя фильтратоотдачи раствора. Высокомолекулярный высокоплавкий битум в присутствии гидрофобизатора образует с глинистыми и карбонатными дисперсными частицами минералов плотную низкопроницаемую корку на поверхности породы, что обеспечивает низкую фильтратоотдачу раствора.

Характеристика заявляемого раствора иллюстрируется в примерах. Пример 1

В примере производится оценка технологичности прототипа по результатам приготовления состава в лабораторных условиях. Результаты оценки приведены в табл.1.

Для приготовления раствора в лабораторных условиях требуется 520-580 минут и длительное поддержание в смеси температуры 75-90°C. При этом первоначально важно не допустить перегрева смеси в результате реакции гашения извести, а затем поддерживать температурных режим для полного завершения реакции гашения извести, образования кальциевых мыл и растворения битума.

Таблица 1
№	Операция	Масса навески, г	Длительность операции, мин.
1	В стакан помещают дизельное топливо	469	5
2	Прибавляют мелкораздробленный битум (желательно битумный порошок) и диспергируют его в дизельном топливе при интенсивном перемешивании	129	15
3	Добавляют воду при интенсивном перемешивании	50	5
4	Добавляют сульфанол при интенсивном перемешивании и перемешивают до гомогенности	5	15
5	Добавляют негашеную известь при интенсивном перемешивании	258	30
6	Интенсивное перемешивание раствора при температуре 75-90°C		300-360
7	Охлаждают раствор до температуры 20-25°С	-	60
8	Добавляют сульфанол при интенсивном перемешивании и перемешивают до полного растворения реагента	5	30
9	Добавляют барит при интенсивном перемешивании и перемешивают до равномерного распределения в объеме	83	60
Итого		1000	520-580

Пример 2

В примере производится оценка технологичности заявляемого состава по результатам приготовления состава в лабораторных условиях. Результаты оценки приведены в табл.2. Все операции проводятся без подогрева раствора. Не требуется поддержания температуры и охлаждения раствора из-за отсутствия экзотермических реакций и процессов.

Сопоставление с прототипом показывает:

- Приготовление заявляемого состава протекает в 8,7-9,7 раз быстрее, чем известного состава.

- При приготовлении заявляемого состава не требуется нагрев, поддержание температуры раствора при 75-90°С в течение длительного времени и охлаждение бурового раствора.

Таблица 2
№	Операция	Масса навески, г	Длительность операции, мин.
1	Гомогенизация исходного 40% раствора в ксилоле, взвешивание навески раствора и помещение ее в стакан для приготовления бурового раствора	400	10
2	Прибавление рапсового масла и перемешивание раствора	220	5
3	Прибавление гидрофобизатора АБР и перемешивание раствора	30	5
4	Прибавление дизельного топлива и перемешивание раствора	150	5
5	Прибавление глинопорошка ПМБА (мелкими порциями)	200	5
6	Интенсивное перемешивание раствора	-	30
Итого		1000	60

Пример 3

Свойства буровых растворов определяли с использованием стандартных методик Американского нефтяного института, что является общепринятым в настоящее время. Использовали приборы фирмы OFITE (вискозиметр модель 900, пресс-фильтр низкого давления, тестер смазочной способности). Для характеристики свойств буровых растворов использовали: пластическую вязкость (PV), предельное динамическое напряжение сдвига (YP), статические напряжения сдвига через 10 и 600 с (соответственно, Θ₁₀, и Θ₆₀₀). фильтратоотдачу и коэффициент смазывающей способности с использованием пары «металл-металл» в среде водного бурового раствора. Эксперимент проводили при температуре 18-22°С.

Результаты исследования приведены в таблице 3.

Данные таблицы показывают, что заявляемый буровой раствор обладает приемлемыми реологическими характеристиками, очень низкой фильтратоотдачей и хорошими смазочными характеристиками.

Таблица 3
Номер раствора	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Компоненты	Содержание, масс.%
40% раствор битума в ксилоле	40	40	50	50	50	50	-	-
30% раствор битума в ксилоле	-	-	-	-	-	-	75	-
30% раствор битума в смеси дизельного топлива и ксилола (50/50)	-	-	-	-	-	-	-	75
35% раствор битума в смеси дизельного топлива и ксилола (1/99)	-	-	-	-	-	-	-	-	60
Рапсовое масло	40	15	27	20	20	20	15	15	25
Гидрофобизатор АБР	5	5	3	3	3	3	2	2	2
Дизельное топливо	15	10	20	20	20	20	0	0	0
Глинопорошок ПМБА	0	30	0	7	0	3,5	8	8	13
Мелкодисперсный мрамор (степень дисперсности 50 мкм или 200 мкм)	0	0	0	0	7	3,5	0	0	0
Наименование параметров	Значения параметров
PV, мПа*с	27,2	40,3	20,7	25,4	26,1	25,6	28,3	32,6	31,7
YP,Па	5,6	9,2	3,2	4,9	5,2	5,1	6,7	9,3	4,5
Θ₁₀, па	0	1,0	0	0,5	0,4	0,5	0,6	1,1	1,0
Θ₆₀₀, Па	0	0,8	0	0,5	0,3	0,4	0,5	0,8	0,8
Плотность, кг/м	910	1115	976	948	952	950	971	942	993
Фильтрация, мл/30 минут	8,1	<0,5	6.1	<0,5	0,5	<0,5	0,5	0,5	0,5
Коэффициент смазывающей способности	0,057	0,100	0,091	0,070	0,065	0,066	0,052	0,63	0,72

Claims

Буровой раствор на углеводородной основе, включающий высокоокисленный высокоплавкий битум, поверхностно-активное вещество и дизельное топливо, отличающийся тем, что он содержит высокоокисленный высокоплавкий битум в виде 30-40%-ного раствора в ксилоле или смеси ксилола и дизельного топлива с содержанием в растворителе ксилола от 50 до 99%, в качестве поверхностно-активного вещества - гидрофобизатор АБР, и дополнительно рапсовое масло, глинопорошок или мрамор, или их смесь в соотношении 1:1 при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
30-40%-ный раствор высокоокисленного высокоплавкого битума в ксилоле или смеси ксилола с дизельным топливом 40-75 Рапсовое масло 15-40 Гидрофобизатор АБР 2-5 Дизельное топливо 0-20 Глинопорошок или мелкодисперсный мрамор или их смесь 0-30