RU2614838C1

RU2614838C1 - Cationic drilling mud

Info

Publication number: RU2614838C1
Application number: RU2015143544A
Authority: RU
Inventors: Азамат Миталимович Гайдаров; Андрей Атласович Хуббатов; Миталим Магомед-Расулович Гайдаров; Дмитрий Владимирович Храбров; Дмитрий Викторович Изюмченко; Дмитрий Владимирович Пономаренко; Константин Владимирович Куликов; Рамиль Салахутдинович Илалов; Вячеслав Георгиевич Васильев
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2017-03-29

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to drilling fluids, water-based and can be used for drilling oil and gas wells, mainly in drilling unstable clay and clastic rocks in salt deposits. Cationic drilling fluid comprises, in weight %: gel powder 3-5; polydadmac 1.05-2.10; starch or dextrin 0.5-3.0; as an additional structurant cationic polymer Rosflok CF 0.5-2; water - the rest.

EFFECT: cationic drilling fluid with improved properties and secures the preservation of stability (integrity) of the borehole walls.

2 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к буровым растворам на водной основе и может найти применение при бурении нефтяных и газовых скважин, преимущественно при бурении неустойчивых глинистых пород в терригенных и солевых отложениях.The invention relates to water-based drilling fluids and can find application in the drilling of oil and gas wells, mainly in the drilling of unstable clay rocks in terrigenous and salt deposits.

Известен катионно-ингибирующий буровой раствор, который содержит, мас.%: глинопорошок 5-8; полиэлектролит ВПК-402 7-15; воду - остальное (Патент РФ на изобретение №2492208 С2, кл. С09К 8/24, опубл. 10.09.2013). Недостаток известного состава заключается в низких крепящих свойствах бурового раствора и большом расходе ВПК-402.Known cationic-inhibiting drilling fluid, which contains, wt.%: Clay powder 5-8; VPK-402 7-15 polyelectrolyte; water - the rest (RF Patent for the invention No. 2492208 C2, class C09K 8/24, publ. 09/10/2013). A disadvantage of the known composition is the low fixing properties of the drilling fluid and the high consumption of VPK-402.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является буровой раствор, включающий воду, глинопорошок и ВПК-402, в который в качестве вспомогательного понизителя фильтрации добавлен крахмал. Раствор содержит, мас.%: глинопорошок 5-8; ВПК-402 3-5, крахмал 0,5, воду - остальное (Заявка на изобретение №2013146564 А, кл. С09К 8/24, опубл. 27.04.2015). Известный состав также обладает невысокими крепящими свойствами при большом расходе ВПК-402.The closest technical solution to the proposed one is drilling mud, including water, clay powder and VPK-402, in which starch is added as an auxiliary filtering agent. The solution contains, wt.%: Clay powder 5-8; VPK-402 3-5, starch 0.5, water - the rest (Application for invention No. 2013146564 A, class C09K 8/24, publ. 04/27/2015). The known composition also has low fixing properties at high consumption VPK-402.

Все буровые растворы с содержанием катионных полимеров обладают высокими ингибирующими свойствами, что позволяет снизить наработку раствора при проходке интервалов набухающих глин, однако из-за низких крепящих свойств существует вероятность возникновения потери целостности глинистых пород на стенках ствола скважины.All drilling fluids containing cationic polymers have high inhibitory properties, which allows to reduce the production time of the solution during the drilling of intervals of swelling clays, however, due to the low fixing properties, there is a possibility of loss of integrity of clay rocks on the walls of the wellbore.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании бурового раствора с заданными параметрами, в котором снижен расход полиэлектролита.The problem solved by the invention is to create a drilling fluid with specified parameters, in which the consumption of polyelectrolyte is reduced.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, - повышение крепящих свойств раствора и сохранение устойчивости (целостности) стенок ствола скважины при одновременном снижении расхода понизителя фильтрации, ингибитора глин, например ВПК-402.The technical result to which this invention is directed is to increase the fastening properties of the solution and maintain the stability (integrity) of the walls of the wellbore while reducing the consumption of filter reducing agent, clay inhibitor, for example VPK-402.

Данный технический результат достигается за счет того, что в состав бурового раствора, включающий воду, глинопорошок и полидадмах, для повышения крепящих свойств в растворе используют крахмал или декстрин, а в качестве дополнительного структурообразователя раствор содержит катионный полимер Росфлок КФ при следующем соотношении компонентов, мас.%:This technical result is achieved due to the fact that in the composition of the drilling fluid, including water, clay powder and polydam, starch or dextrin is used to increase the fastening properties in the solution, and as an additional structurant, the solution contains the cationic polymer Rosflock KF in the following ratio of components, wt. %:

ГлинопорошокClay powder 3-53-5 ПолидадмахPolydadmach 1,05-2,101.05-2.10 Росфлок КФRosflock KF 0,5-20.5-2 Крахмал или декстринStarch or Dextrin 0,5-3,00.5-3.0 ВодаWater остальноеrest

Для стабилизации неустойчивых глинистых пород традиционно используют ингибирующие буровые растворы. Ингибирующие буровые растворы эффективны в набухающих глинах, однако при проходке интервалов глин с содержанием песков или неустойчивых ненабухающих глинистых пород - аргиллитов ингибирующих свойств раствора недостаточно для стабилизации стенок ствола скважин. Стабилизация ствола скважины достигается повышением крепящих свойств раствора путем увеличения сеток водородных связей и их заполнения гидрофобными компонентами.Inhibiting drilling fluids are traditionally used to stabilize unstable clay rocks. Inhibitory drilling fluids are effective in swellable clays, however, when drilling intervals of clays containing sand or unstable non-swellable clay rocks - mudstones, the inhibitory properties of the solution are not enough to stabilize the walls of the wellbore. Stabilization of the wellbore is achieved by increasing the fastening properties of the solution by increasing the networks of hydrogen bonds and filling them with hydrophobic components.

Отметим, что в качестве стабилизатора - понизителя фильтрации, ингибитора глин в растворе применяются полидадмахи различных молекулярных масс и производителей. Полидадмах представляет собой катионный полимер линейно-циклической структуры, получаемый путем радикальной полимеризации мономера диметилдиаллиламмонийхлорида, который, в свою очередь, изготавливается из аллилхлорида и диметиламина нагреванием в щелочной среде. Структурная формула ВПК-402 представлена из повторяющихся мономерных звеньевIt should be noted that as a stabilizer - a filtration reducer, a clay inhibitor in solution, polydadmas of various molecular weights and manufacturers are used. Polydadmach is a cationic polymer with a linear cyclic structure, obtained by radical polymerization of a dimethyl diallylammonium chloride monomer, which, in turn, is made from allyl chloride and dimethylamine by heating in an alkaline medium. The structural formula of VPK-402 is presented from repeating monomer units

Полидадмахи выпускаются в виде однородной по консистенции жидкости, без посторонних включений, от бесцветного до желтого цвета различной концентрации или в сухом порошкообразном виде. Молекулярная масса полидадмахов колеблется в широком диапазоне и в среднем составляет примерно 3⋅10⁵. В товарном продукте молекулярная масса ВПК-402 может изменяться в пределах от 10⁴ до 10⁶ и более, полидадмахи по параметрам токсичности относятся к 4 классу опасности - малоопасным химическим веществам по ГОСТ 12.1.007-76. Срок хранения полидадмахов для буровых растворов практически не ограничен.Polydadmahs are available in the form of a liquid with a uniform consistency, without foreign matter, from colorless to yellow in various concentrations or in dry powder form. The molecular weight of the polyaddahs varies over a wide range and averages about 3 × 10 ⁵ . In a marketable product, the molecular weight of VPK-402 can vary from 10 ⁴ to 10 ⁶ or more, the polyaddahs in terms of toxicity parameters belong to hazard class 4 — low-hazard chemicals in accordance with GOST 12.1.007-76. The shelf life of polydadmas for drilling fluids is practically unlimited.

Росфлок КФ - высокомолекулярный полиакриламид со степенью катионности 50-95%, эффективный эмульсионный катионный флокулянт, применяемый для очистки буровых растворов любых систем и оборотной воды от минералоорганических составляющих и для обезвоживания осадка хозяйственно-бытовых стоков на всех типах оборудования (центрифуги, фильтр-прессы, флотаторы). Росфлок КФ представляет собой эмульсию от белого до бежевого цвета, которая по параметрам токсичности относится к 4 классу опасности - малоопасным химическим веществам по ГОСТ 12.1.007-76. Выпускается Росфлок КФ по ТУ 2458-006-22361394-2004 Волжским заводом ООО НПП «КФ». Срок хранения Росфлок КФ для буровых растворов практически не ограничен.Rosflock KF is a high molecular weight polyacrylamide with a degree of cationicity of 50-95%, an effective emulsion cationic flocculant used for cleaning drilling fluids of any systems and circulating water from mineral-organic components and for dewatering sludge from household wastewater on all types of equipment (centrifuges, filter presses, flotators). Rosflock KF is an emulsion from white to beige in color, which, according to toxicity parameters, belongs to hazard class 4 - low-hazardous chemicals according to GOST 12.1.007-76. Rosflock KF is produced in accordance with TU 2458-006-22361394-2004 by the Volga plant of NPP KF LLC. The shelf life of Rosflock KF for drilling fluids is practically unlimited.

За счет увеличения водородных сеток между частицами неустойчивой породы крахмал или декстрин, представляющий собой полисахарид, получаемый термической обработкой картофельного или кукурузного крахмала, обеспечивают повышение крепящих свойств раствора. Дополнительное повышение крепящих свойств раствора производится путем ввода углеводородных компонентов, обеспечивающих заполнение ячеек водородных сеток.By increasing the hydrogen networks between particles of unstable rock starch or dextrin, which is a polysaccharide obtained by heat treatment of potato or corn starch, provides an increase in the fastening properties of the solution. An additional increase in the fastening properties of the solution is made by introducing hydrocarbon components, which ensure filling the cells of hydrogen networks.

Поддержание и/или повышение ингибирующих свойств раствора осуществляют путем ввода известных электролитов: KCl, NaCl, CaCl₂, ацетата или формиата натрия.Maintaining and / or increasing the inhibitory properties of the solution is carried out by introducing known electrolytes: KCl, NaCl, CaCl ₂ , acetate or sodium formate.

При необходимости плотность бурового раствора повышают карбонатными утяжелителями, такими как мел, мраморная крошка, доломит или сидерит, а также баритовым концентратом и галенитом.If necessary, the density of the drilling fluid is increased by carbonate weighting agents, such as chalk, marble chips, dolomite or siderite, as well as barite concentrate and galena.

Результаты проведенных экспериментов подтверждаются фотоснимками, поясняющими влияние различных составов буровых растворов на устойчивость сланцев (см. фиг. а-е), и сведениями, приведенными в таблицах 1 и 2. В Таблице 1 приведены результаты исследований по влиянию крахмала и декстрина на крепящие свойства раствора, т.е. сохранение целостности образца глины с содержанием 50% песка в среде бурового раствора. При концентрации крахмала или декстрина менее 0,5% происходит разрушение целостности образцов. Технологические показатели буровых растворов приведены в Таблице 2.The results of the experiments are confirmed by photographs explaining the effect of different compositions of drilling fluids on the stability of shales (see Fig. A-e) and the information given in tables 1 and 2. Table 1 shows the results of studies on the effect of starch and dextrin on the fixing properties of the solution , i.e. maintaining the integrity of the clay sample with a content of 50% sand in the drilling fluid. When the concentration of starch or dextrin is less than 0.5%, the integrity of the samples is destroyed. The technological parameters of drilling fluids are shown in Table 2.

Для проведения исследований крепящих свойств буровых растворов готовили образцы-таблетки (см. фиг. а-е) цилиндрической формы из гидратационно-активных глин с содержанием 50% песка с диаметром сечения 22 мм и высотой 12 мм с заданным давлением на гидравлическом прессе. В качестве объекта, имитирующего набухающую глину, использовали немодифицированный глинопорошок марки ПБМВ, который выпускается в соответствии с ТУ 2164-004-0013836-2006 «Глинопорошок», а в качестве песка - фракции размером до 1 мм. Образцы гидратационно-активных глин в среде раствора выдерживали в течение 3 суток.To conduct studies of the fastening properties of drilling fluids, tablet samples were prepared (see Fig. A-e) of cylindrical form from hydration-active clays with a content of 50% sand with a cross-section diameter of 22 mm and a height of 12 mm with a given pressure on a hydraulic press. As an object imitating swelling clay, unmodified PBMV clay powder was used, which is produced in accordance with TU 2164-004-0013836-2006 “Clay powder”, and fractions up to 1 mm in size are used as sand. Samples of hydration-active clays in the solution medium were kept for 3 days.

В таблицах 1 и 2 приняты следующие обозначения и сокращения: ГР - глинопорошок марки ПБМВ; П-х - полидадмах, КФ - Росфлок КФ; ПФ - показатель фильтрации за 30 мин; η_пл - пластическая вязкость; τ₀ - динамическое напряжение сдвига (ДНС); СНС1/10 - статическое напряжение сдвига за 1 и 10 мин соответственно. СНС характеризует в буровых растворах статическое напряжение сдвига при остановке циркуляции, которое не позволяет выбуренной породе (шламу) выпадать из раствора; ДНС - динамическое напряжение сдвига - параметр, отвечающий за качество выноса выбуренной породы.In tables 1 and 2, the following notation and abbreviations are adopted: GR - clay powder grade PBMV; P-x - polydadmax, CF - Rosflock CF; PF - filtration rate for 30 minutes; η _PL - plastic viscosity; τ ₀ - dynamic shear stress (CSN); СНС1 / 10 - static shear stress for 1 and 10 min, respectively. SSS characterizes in drilling fluids a static shear stress when the circulation is stopped, which prevents the cuttings (sludge) from falling out of the solution; CSN - dynamic shear stress - a parameter responsible for the quality of the removal of cuttings.

Из Таблицы 1 следует, что при содержании полидадмаха ниже 1,05%, Росфлок КФ ниже 0,5% и крахмала (или декстрина) ниже 0,5% происходит разрушение образца (табл. 1, п. 3).From Table 1 it follows that when the polydadmach content is below 1.05%, Rosflock CF is below 0.5% and starch (or dextrin) below 0.5%, the sample is destroyed (Table 1, p. 3).

Увеличение содержания полидадмаха, Росфлок КФ и крахмала (или декстрина) более 2,1%, 2,0% и 3,0% соответственно неэффективно (табл. 2, п. 8), так как приводит к перерасходу реагентов без снижения показателя фильтрации при одновременном ухудшении структурно-реологических показателей.An increase in the content of polydadmach, Rosflock CF and starch (or dextrin) more than 2.1%, 2.0% and 3.0%, respectively, is ineffective (table 2, p. 8), since it leads to an overrun of reagents without a decrease in the filtration rate at simultaneous deterioration of structural and rheological indicators.

Из Таблицы 2 следует, что использование крахмала в сочетании с полидадмахом и Росфлок КФ обеспечивает управление показателем фильтрации, реологических свойств и сохраняет устойчивость глинистых пород.From Table 2 it follows that the use of starch in combination with polydadm and Rosflock KF provides the management of the filtration rate, rheological properties and preserves the stability of clay rocks.

Таким образом, оптимальное соотношение компонентов в предлагаемом растворе следующее, мас.%:Thus, the optimal ratio of components in the proposed solution is the following, wt.%:

Данный буровой раствор можно приготовить следующим образом. Сначала перемешивают воду с глинопорошком до его распускания, затем в глинистую суспензию последовательно добавляют полидадмах, Росфлок КФ и крахмал (или декстрин) и при необходимости неорганические ингибиторы, такие как 3% KCl, 3% NaCl или 1% CaCl₂. углеводороды и утяжелитель. Термостойкость бурового раствора определяется термостойкостью крахмала или декстрина и составляет 110 и 120°С соответственно. Низкая термостойкость предлагаемого раствора ограничивает его применение в условиях воздействия высоких температур.This drilling fluid can be prepared as follows. First, the water is mixed with the clay powder until it is dissolved, then the polydadmix, Rosflock KF and starch (or dextrin) and, if necessary, inorganic inhibitors such as 3% KCl, 3% NaCl or 1% CaCl ₂ are added to the clay suspension. hydrocarbons and weighting agent. The heat resistance of the drilling fluid is determined by the heat resistance of starch or dextrin and is 110 and 120 ° C, respectively. Low heat resistance of the proposed solution limits its use in conditions of exposure to high temperatures.

Claims

Cationic drilling fluid, including water, clay powder, polydadmach, starch or dextrin, characterized in that as an additional structurant, the solution contains a cationic polymer Rosflock KF in the following ratio of components, wt.%:

Clay powder 3-5 Polydadmach 1.05-2.10 Rosflock KF 0.5-2 Starch or Dextrin 0.5-3.0 Water rest