RU2708849C1 - Nanostructured high-inhibited drilling fluid - Google Patents

Nanostructured high-inhibited drilling fluid Download PDF

Info

Publication number
RU2708849C1
RU2708849C1 RU2019101894A RU2019101894A RU2708849C1 RU 2708849 C1 RU2708849 C1 RU 2708849C1 RU 2019101894 A RU2019101894 A RU 2019101894A RU 2019101894 A RU2019101894 A RU 2019101894A RU 2708849 C1 RU2708849 C1 RU 2708849C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
potassium
drilling fluid
drilling
solution
wells
Prior art date
Application number
RU2019101894A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Третьяк
Сергей Александрович Онофриенко
Original Assignee
Александр Александрович Третьяк
Сергей Александрович Онофриенко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Александрович Третьяк, Сергей Александрович Онофриенко filed Critical Александр Александрович Третьяк
Priority to RU2019101894A priority Critical patent/RU2708849C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2708849C1 publication Critical patent/RU2708849C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02Well-drilling compositions
    • C09K8/32Non-aqueous well-drilling compositions, e.g. oil-based

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

FIELD: soil or rock drilling.
SUBSTANCE: invention relates to drilling of vertical, directional and horizontal wells, in particular, represented by powerful deposits of high-viscosity clays prone to swelling and softening, including with changes of integrity of the wellbore, especially in horizontal part. Nanostructured high-inhibited drilling fluid for drilling wells contains, wt%: marble chips 5–10; polyanionic cellulose 5–10; sulphanol 2–5; potassium chloride 2–5; potassium methylsiliconate 1–4; potassium acetate 1.5–4; bischofite 2–5; ferrochrome lignosulphonate 1–5; organosilicon liquid GKZH-11 2–5; barite – 0.5–5; antifoaming agent – 0.5–1; potassium aluminate 1–5; nanodispersed copper 0.5–4; liquid phase – wastes of vegetable oil and water in ratio of 55/45–80/20 – balance.
EFFECT: improved structural-rheological, inhibiting, lubricating, filtration, fixing, anti-gripping and environmental properties of drilling fluid for construction of wells in complex geological conditions.
1 cl

Description

Изобретение относится к области бурения вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважин, в частности представленных мощными отложениями высоковязких глин, склонных к набуханию и разупрочнению, в том числе с изменением целостности ствола скважины, особенно в горизонтальной ее части, где вероятность дифференциальных прихватов достаточно высокая.The invention relates to the field of drilling vertical, directional and horizontal oil and gas wells, in particular represented by powerful deposits of highly viscous clays, prone to swelling and softening, including with a change in the integrity of the wellbore, especially in its horizontal part, where the probability of differential sticking is quite high .

Известен буровой раствор для бурения скважин (Патент РФ на изобретение №2518287, опубл. 27.10.2000 г., МПК С09К 7/07), включающий нефтепродукт СМАД, карбоксиметил-целлюлозу, хлористый калий, воду.Known drilling fluid for drilling wells (RF Patent for the invention No. 2518287, publ. 10/27/2000, IPC S09K 7/07), including the oil product SMAD, carboxymethyl cellulose, potassium chloride, water.

К недостаткам вышеуказанного раствора можно отнести то, что раствор не обладает достаточной степенью смазки и ингибирования, то есть добиться формирования качественной полимерглинистой корки на стенках ствола не представляется возможным.The disadvantages of the above solution include the fact that the solution does not have a sufficient degree of lubrication and inhibition, that is, it is not possible to achieve the formation of a high-quality polymer clay crust on the walls of the barrel.

Известен буровой раствор, «Буровой раствор для предупреждения прихватов и сальникообразования БУР-6». Заявка на изобретение RU 94005919 А1, опубл. 1997.04.10, состоящий из бетонитовой глины, электролита, реагентов-регуляторов вязкости, СПС и водоотдачи, маслосодержащей присадки СКБВ, барита, остальное - вода.Known drilling fluid, "Drilling fluid to prevent sticking and gland formation BUR-6." Application for invention RU 94005919 A1, publ. 04/04/2007, consisting of concrete clay, electrolyte, viscosity control agents, ATP and water loss, oil-containing additives SKBV, barite, the rest is water.

Недостатком этого бурового раствора является то, что он, являясь хорошим в качестве смазывающего, не решает проблему удержания ствола скважины в вертикальном положении, особенно если разрез представлен вязкими, неустойчивыми, пластичными, склонными к набуханию глинистыми отложениями, и не решают проблему установления осмотического равновесия либо создания условий, когда осмос будет направлен из пласта в скважину.The disadvantage of this drilling fluid is that, being good as a lubricant, it does not solve the problem of keeping the wellbore upright, especially if the cut is viscous, unstable, plastic, clay deposits prone to swelling, and does not solve the problem of establishing osmotic equilibrium either creating conditions when osmosis will be directed from the reservoir to the well.

Известен буровой раствор, «Высокоингибированный буровой раствор», патент RU №2303047, С1 опубл. 10.05.2006, МПК С09К 8/20, состоящий из бентонитовой глины, полианионной целлюлозы, хлористого калия, феррохром-лигносульфоната, барита, метилсиликоната калия, ацетата калия, кальцинированной соды, бишофита, фосфатидного концентрата, нитрилотриметилфосфоновой кислоты, графита, пеногасителя.Known drilling fluid, "Highly inhibited drilling fluid", patent RU No. 2303047, C1 publ. 05/10/2006, IPC С09К 8/20, consisting of bentonite clay, polyanionic cellulose, potassium chloride, ferrochrome lignosulfonate, barite, potassium methylsiliconate, potassium acetate, soda ash, bischofite, phosphatide concentrate, nitrilotrimethylphosphonic acid.

Недостатком этого раствора является то, что он, являясь хорошим в качестве ингибирующего, не решает проблему удержания в устойчивом состоянии вязких, пучащих, разупрочняющих глин, особенно в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, способствует возникновению дифференциальных прихватов.The disadvantage of this solution is that it, being good as an inhibitory one, does not solve the problem of keeping viscous, heaving, softening clay in a steady state, especially in directional and horizontal wells, and contributes to the occurrence of differential sticking.

Раствор не решает проблему установления осмотического равновесия, либо создания условий, когда осмос будет направлен из пласта в скважину.The solution does not solve the problem of establishing osmotic equilibrium, or creating conditions when the osmosis will be directed from the reservoir into the well.

Известен буровой раствор, взятый за прототип, «Буровой раствор» патент RU №2582197 С1, опубл. 20.04.2016, бюл. №11, МПК С09К 8/10, состоящий из мраморной крошки, полианионной целлюлозы, сульфонола, хлористого калия, метилсиликоната калия, ацетат калия, бишофита, феррохромлигносульфоната, ГКЖ-11, барита, пеногасителя, жидкой фазы состоящей из отходов растительного масла и воды в соотношении - 55/45-80/20.Known drilling fluid, taken as a prototype, "Drilling fluid" patent RU No. 2582197 C1, publ. 04/20/2016, bull. No. 11, IPC С09К 8/10, consisting of marble chips, polyanionic cellulose, sulfonol, potassium chloride, potassium methylsiliconate, potassium acetate, bischofite, ferrochrome lignosulfonate, GKZh-11, barite, antifoam, the liquid phase consisting of vegetable oil waste and water in ratio - 55 / 45-80 / 20.

Недостатком этого раствора является то, что он, являясь хорошим в качестве ингибирующего, не решает проблему борьбы с дифференционными прихватами. Задачей изобретения является разработка бурового раствора, обладающего высочайшими ингибирующими, коркообразующими, смазывающими, антиприхватными свойствами и обеспечивающего установление осмотического равновесия, либо создание условий, когда осмос направлен из пласта в скважину, то есть добиться уменьшения дифференциальных прихватов. При этом водоотдача должна быть близка к 0 см3 за 30 минут, а коэффициент трения не более 0,1.The disadvantage of this solution is that it, being good as an inhibitory one, does not solve the problem of combating differential sticking. The objective of the invention is to develop a drilling fluid with the highest inhibitory, crust-forming, lubricating, anti-seizing properties and ensuring the establishment of osmotic equilibrium, or the creation of conditions when the osmosis is directed from the reservoir into the well, that is, to reduce differential sticking. In this case, the water loss should be close to 0 cm 3 in 30 minutes, and the friction coefficient should not exceed 0.1.

Наноструктурированный, высокоингибированный буровой раствор для бурения скважин содержит, мас.%: мраморную крошку 5-10; полианионную целлюлозу 5-10; сульфанол 2-5; хлористый калий 2-5; метилсиликонат калия 1-4; ацетат калия 1,5-4; бишофит 2-5; феррохромлигносульфонат 1-5; кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11 2-5; барит 0,5-5; пеногаситель 0,5-1; алюминат калия 1-5; нанодисперсную медь 0,5-4; жидкую фазу - отходы растительного масла и воды в соотношении 55/45-80/20 - остальное.Nanostructured, highly inhibited drilling fluid for drilling wells contains, wt.%: Marble chips 5-10; polyanionic cellulose 5-10; sulfanol 2-5; potassium chloride 2-5; potassium methylsiliconate 1-4; potassium acetate 1.5-4; bischofite 2-5; ferrochrome lignosulfonate 1-5; silicone fluid GKZH-11 2-5; barite 0.5-5; defoamer 0.5-1; potassium aluminate 1-5; nanodispersed copper 0.5-4; the liquid phase - waste vegetable oil and water in a ratio of 55 / 45-80 / 20 - the rest.

Предложен многофункциональный наноструктурированный, высокоингибированный буровой раствор для бурения скважин в сложных горно-геологических условиях (породы пучат, набухают, осыпаются, происходят дифференциальные прихваты). Площади с таким геологическим разрезом встречаются как на юге, так и на севере России. В полевых условиях, когда замена раствора сопряжена с затратой определенного времени, что приводит к осложнениям, применение предлагаемого раствора является острой необходимостью и именно такой состав раствора позволит успешно, без геологических осложнений и дифференциальных прихватов, сооружать скважины на нефть и газ.A multifunctional nanostructured, highly inhibited drilling fluid is proposed for drilling wells in difficult geological conditions (rocks become swell, swell, crumble, differential sticks occur). Areas with such a geological section are found both in the south and in the north of Russia. In the field, when the replacement of the solution is time-consuming, which leads to complications, the use of the proposed solution is an urgent need and it is this composition of the solution that allows successfully, without geological complications and differential sticking, construction of oil and gas wells.

Новизна предлагаемого состава бурового раствора заключается в том, что именно в таком процентном соотношении и по наименованию химреагентов предлагаемый раствор будет решать задачу проводки нефтяных и газовых скважин, то есть выполнять свою многофункциональность - укреплять стенки скважин, давать высокие показатели на фильтрации и смазывающей способности, препятствовать возникновению дифференциальных прихватов.The novelty of the proposed composition of the drilling fluid lies in the fact that it is in such a percentage and by the name of the chemicals that the proposed solution will solve the problem of wiring oil and gas wells, that is, to fulfill its multifunctionality - to strengthen the walls of the wells, give high rates of filtration and lubricating ability, prevent differential sticking.

Технический результат - улучшение крепящих, смазочных и противоприхватных свойств бурового раствора на углеводородной основе при одновременном улучшении коэффициента восстановления первоначальной проницаемости продуктивного пласта, путем повышения ингибирующей и гидрофобизирующей способности фильтрата раствора и как результат - отсутствие образования желобов и дифференциальных прихватов в стволе скважины, повышение устойчивости ствола наклонно-направленных и вертикальных скважин.The technical result is an improvement in the fastening, lubricating and anti-seizing properties of a hydrocarbon-based drilling fluid while improving the recovery coefficient of the initial permeability of the reservoir by increasing the inhibitory and hydrophobizing ability of the filtrate and, as a result, the absence of gutters and differential sticking in the wellbore, increasing the stability of the wellbore directional and vertical wells.

Улучшение ингибирующего качества раствора, возможно за счет повышения его крепящего действия. В механизме синергетического эффекта подтверждена составляющая доля действия каждого реагента. Достигается это за счет введения реагентов-ингибиторов набухания глин:Improving the inhibitory quality of the solution is possible by increasing its fastening effect. In the mechanism of the synergistic effect, a constituent fraction of the action of each reagent is confirmed. This is achieved through the introduction of clay swelling inhibitor reagents:

1. Хлористый калий (KCl) - основной поставщик катиона К+, играет определяющую роль в ингибирующем действии раствора. В силу размеров ионного радиуса катионы калия могут входить в межпакетные пустоты кристаллической поверхности глинистых минералов, прочно сращивая их пакеты, способствуя межслойной дегидратации глин.1. Potassium chloride (KCl) - the main supplier of the K + cation, plays a decisive role in the inhibitory effect of the solution. Due to the size of the ionic radius, potassium cations can enter the interpackage voids of the crystalline surface of clay minerals, firmly splicing their packets, contributing to the interlayer dehydration of clays.

2. Бишофит (MgCl2⋅6H2O) - за счет присутствия иона магния Mg++ в ионообменном комплексе способствует снижению активности водной фазы раствора и уменьшению степени увлажнения глин, сохраняя их устойчивость в процессе бурения.2. Bischofite (MgCl 2 ⋅ 6H 2 O) - due to the presence of magnesium ion Mg ++ in the ion-exchange complex, it helps to reduce the activity of the aqueous phase of the solution and to reduce the degree of hydration of clays, while maintaining their stability during drilling.

3. Ацетат калия (СН3СООК) - дополняет крепящее действие хлорида калия влиянием на величину структурно-адсорбционных деформаций в системе глина - жидкость, способствуя уменьшению содержания жидкости набухания в гидратированной глине и стабилизации ствола скважины.3. Potassium acetate (CH 3 SOOC) - complements the fastening effect of potassium chloride by influencing the magnitude of structural and adsorption deformations in the clay – liquid system, helping to reduce the swelling fluid content in hydrated clay and stabilize the wellbore.

4. Кремнийорганическая жидкость (ГКЖ-11) - за счет гидрофобизирующего действия на горные породы снижает увлажняющую способность раствора и предотвращает быстрое развитие гидратации водочувствительных глин.4. Organosilicon liquid (GKZh-11) - due to the hydrophobizing effect on rocks, it reduces the moisturizing ability of the solution and prevents the rapid development of hydration of water-sensitive clays.

5. Феррохромлигносульфонат (ФХЛС) способствует проявлению синергетического эффекта благодаря размеру и строению макромолекул реагента, адсорбирующихся на глинистых частицах.5. Ferrochromlignosulfonate (PCF) promotes a synergistic effect due to the size and structure of the reagent macromolecules adsorbed on clay particles.

6. Метилсиликонат калия (CH3SiO2K) - за счет присутствия ионов К+ дополняет крепящее действие раствора, влияет на величину структурно-адсорбционных деформаций в системе глина-жидкость, способствует уменьшению содержания жидкости набухания в гидратированной глине и стабилизации ствола скважины.6. Potassium methylsiliconate (CH 3 SiO 2 K) - due to the presence of K + ions, complements the fixing effect of the solution, affects the magnitude of structural and adsorption deformations in the clay-liquid system, helps to reduce the swelling fluid content in hydrated clay and stabilizes the wellbore.

7. Алюминат калия (K2Al2O4⋅3Н2О) дополняет крепящее действие калия в растворе, уменьшает величину структурно - адсорбционных деформаций в системе глина-жидкость.7. Potassium aluminate (K 2 Al 2 O 4 ⋅ 3Н 2 О) supplements the fastening action of potassium in solution, reduces the magnitude of structural and adsorption deformations in the clay-liquid system.

Выявлены зависимости пластической вязкости, динамического напряжения сдвига и фильтрации раствора от концентрации в нем применяемых ингибирующих реагентов: хлористый калий, алюминат калия, ацетат калия, кремнийорганическая жидкость, метилсиликонат калия, феррохромлигносульфонат.The dependences of plastic viscosity, dynamic shear stress and solution filtration on the concentration of inhibitory reagents used in it were revealed: potassium chloride, potassium aluminate, potassium acetate, organosilicon liquid, potassium methylsiliconate, ferrochrome lignosulfonate.

Выявлены зависимости пластической вязкости, динамического напряжения сдвига и фильтрации раствора от концентрации в нем применяемых ингибирующих реагентов: KCl, бишофит, ацетат калия, ГКЖ-11, метилсиликонат калия, ФХЛС, алюминат калия. В качестве растительных масел могут использоваться отходы, получаемые при изготовлении соевого, подсолнечного, хлопкового, кукурузного, рапсового и других масел.The dependences of plastic viscosity, dynamic shear stress and solution filtration on the concentration of the inhibitory agents used in it were revealed: KCl, bischofite, potassium acetate, GKZh-11, potassium methylsiliconate, PCF, potassium aluminate. As vegetable oils can be used waste obtained in the manufacture of soybean, sunflower, cotton, corn, rapeseed and other oils.

Сульфонол выполняет функцию эмульгатора, который представляет собой синтетическое ПАВ, анионактивного типа в виде порошка, хорошо растворимое в воде, образующее прочную эмульсию. Мраморная крошка является структурообразователем. Полианионная целлюлоза (ПАЦ 85/700) является регулятором фильтрации. В качестве пеногасителя чаще всего используется пента 465. Барит, как утяжелитель, применяется в количестве от 0,5% до 5,0%.Sulfonol acts as an emulsifier, which is a synthetic surfactant, anionic type in the form of a powder, readily soluble in water, forming a strong emulsion. Marble chips are a builder. Polyanionic cellulose (PAC 85/700) is a filter regulator. Penta 465 is most often used as a defoamer. Barite, as a weighting agent, is used in an amount of 0.5% to 5.0%.

Нанодисперсная медь имеет размер частиц - 40-80 нм, плотность -5 г/см3 и выполняет в буровом растворе роль антифрикционной противоизносной добавки и совместно с синергетически подобранными в растворе химреагентами решает совместную задачу - уменьшение дифференциальных прихватов.Nanodispersed copper has a particle size of 40-80 nm, a density of -5 g / cm 3 and plays the role of an anti-friction anti-wear additive in the drilling fluid and together with synergistically selected chemicals in the solution it solves the joint problem of reducing differential sticking.

Молекулы меди адсорбируются на поверхности, пластифицируют стенки скважины по всему стволу, обеспечивая низкое сопротивление сдвигу при нахождении наночастиц между буровой колонной и стенками скважины. Поэтому, чем меньше размер частиц нанодисперсной меди, тем больше снижается коэффициент трения и интенсивность изнашивания.Copper molecules are adsorbed on the surface, plasticize the borehole walls along the entire bore, providing low shear resistance when nanoparticles are between the drill string and the borehole walls. Therefore, the smaller the particle size of nanodispersed copper, the more the friction coefficient and wear rate decrease.

Наночастицы обладают собственным электрическим зарядом, который приобретают в процессе трения буровой колонны о стенки скважины. Под действием электрического поля наночастиц меди вокруг нее формируются оболочки из поляризованных и упорядочнорасположенных молекул диэлектрической компоненты смазочного материала (сульфонол и растительное масло). Толщина этой оболочки может достигать размеров граничного слоя на поверхности трения сопрягаемых тел между бурильной колонной и покрышкой корки ствола скважины. Это способствует их более полному разделению.Nanoparticles have their own electric charge, which they acquire in the process of friction of the drill string against the borehole wall. Under the influence of the electric field of copper nanoparticles, shells are formed around it from polarized and orderly molecules of the dielectric component of the lubricant (sulfonol and vegetable oil). The thickness of this shell can reach the size of the boundary layer on the friction surface of the mating bodies between the drill string and the bore cover of the wellbore. This contributes to their more complete separation.

Наночастицы меди оказывают при этом в растворе микроабразивное действие на оксидные пленки. В итоге активированный пластическими деформациями и освобожденный от оксидов тончайший поверхностный слой корки становится катализатором трибохимических реакций и способствует образованию более прочной и утолщенной корки на стенках скважины. Утолщенная защитная корка не дает отфильтровываться жидкости из раствора в пласт, а это способствует уменьшению вероятности дифферециальных прихватов.In this case, copper nanoparticles have a microabrasive effect on oxide films in solution. As a result, the thinnest surface layer activated by plastic deformations and freed from oxides becomes a catalyst for tribochemical reactions and promotes the formation of a stronger and thicker crust on the borehole walls. The thickened protective crust prevents fluid from being filtered out from the solution into the reservoir, and this helps to reduce the likelihood of differential sticking.

В лабораторных условиях было установлено, что присутствие нанодисперсных частиц меди в растворе с повышенной смазочной способностью увеличивает толщину корки до 1,5 мм, то есть более чем в три раза, при этом происходит ее упрочнение за счет химический модификации меди в составе химреагентов предлагаемого раствора.In laboratory conditions, it was found that the presence of nanosized particles of copper in a solution with increased lubricity increases the thickness of the crust to 1.5 mm, that is, more than three times, while it is hardened due to the chemical modification of copper in the chemical reagents of the proposed solution.

Выполненные электрографические исследования показали, что при бурении на корке стенки скважины образуются жидкокристаллические граничные слои. Ориентация молекул граничного слоя на поверхности трения воспроизводит ориентацию атомов или молекул покрытия, на котором этот слой располагается. Высокоупорядоченная структура молекул граничного слоя обладает большим сопротивлением разрушению при воздействии нагрузки и меньшим сопротивлением сдвига со стороны бурильной колонны.The performed electrographic studies showed that when drilling on the crust of the borehole wall, liquid crystal boundary layers are formed. The orientation of the molecules of the boundary layer on the friction surface reproduces the orientation of the atoms or molecules of the coating on which this layer is located. The highly ordered structure of the boundary layer molecules has a high resistance to fracture under the action of a load and a lower shear resistance from the side of the drill string.

Таким образом, введение в состав известного бурового раствора с высокой смазывающей способностью нанодисперсной меди и дополнительного ингибирующего химреагента алюмината калия будет способствовать уменьшению трения, липкости, прекращению фильтрации и жидкости через корки, повышению ингибирующей составляющей, и, как результат, резкое уменьшение дифференциальных прихватов в процессе бурения скважины.Thus, the introduction of a well-known drilling fluid with high lubricity to nanodispersed copper and an additional inhibitory chemical reagent potassium aluminate will help to reduce friction, stickiness, stop filtering and fluid through the crusts, increase the inhibitory component, and, as a result, a sharp decrease in differential sticking in the process well drilling.

Оценено реологическое поведение предлагаемого раствора и установлена совокупность его математических моделей с улучшенными структурно-реологическими, фильтрационными и фрикционными свойствами.The rheological behavior of the proposed solution is evaluated and a set of its mathematical models with improved structural-rheological, filtration and friction properties is established.

Промысловый опыт внедрения нового состава показал, что реологические показатели раствора способствуют улучшению состояния ствола скважины и эффективному выполнению гидравлической программы промывки скважины.Field experience of introducing the new composition showed that the rheological parameters of the solution contribute to the improvement of the condition of the wellbore and the effective implementation of the hydraulic program for flushing the well.

Предложен комплексный по свойствам, многокомпонентный, высокомолекулярный ингибирующий раствор, обладающий очень высокими смазывающими, фильтрационными, крепящими свойствами с качественными реологическими параметрами.A complex in properties, multicomponent, high molecular weight inhibitory solution is proposed, which has very high lubricating, filtration, and fixing properties with qualitative rheological parameters.

Предлагаемый буровой раствор готовится непосредственно в полевых условиях, на имеющемся оборудовании. Все необходимые химреагенты предварительно завозятся на буровую. В растворомешалке сначала готовят раствор из мраморной крошки и воды, который обрабатывается затем полианионной целлюлозой. Все остальные химреагенты вводятся в растворомешалку с постоянным перемешиванием. Порядок загрузки химреагентов следующий: продукт переработки растительного масла, KCl, ФХЛС, СН3СООК, CH3SiO2K, MgCl2⋅6H2O, сульфонол, алюминат калия, нанодисперсная медь, ГКЖ-11, пеногаситель, барит.The proposed drilling fluid is prepared directly in the field, using existing equipment. All necessary chemicals are pre-imported to the rig. First, a solution of marble chips and water is prepared in the mixer, which is then treated with polyanionic cellulose. All other chemicals are introduced into the mixer with constant stirring. The loading order of chemicals is as follows: vegetable oil processing product, KCl, FHLS, CH 3 COOK, CH 3 SiO 2 K, MgCl 2 ⋅ 6H 2 O, sulfonol, potassium aluminate, nanodispersed copper, GKZh-11, antifoam, barite.

Определение реологических характеристик бурового раствора осуществляется по стандартным методикам. Буровой раствор необходимо обрабатывать рекомендуемыми химреагентами после 4-х ступенчатой очистки. Для приготовления раствора применяется гидравлический диспергатор высокого давления.The determination of the rheological characteristics of the drilling fluid is carried out according to standard methods. Drilling fluid must be treated with recommended chemicals after 4 stages of cleaning. A high pressure hydraulic dispersant is used to prepare the solution.

Механизм ингибирования заключается в следующем: при введении в буровой раствор ингибирующих добавок происходит физико-химическое воздействие глины и катиона, который замещает свободные, отрицательно заряженные участки в кристаллической решетке глинистых частиц. При катионном обмене активизируются ранее пассивные участки глин. Адсорбция на глинистых частицах катион ингибирующих реагентов повышает их устойчивость к увлажнению, снижает набухание и разупрочнение глин.The inhibition mechanism is as follows: when inhibitory additives are introduced into the drilling fluid, a physicochemical effect of clay and a cation occurs, which replaces free, negatively charged sections in the crystal lattice of clay particles. With cation exchange, previously passive clay sections are activated. Adsorption of cation inhibitory reagents on clay particles increases their resistance to moisture, reduces the swelling and softening of clays.

Одним из основных условий сохранения устойчивости стенок скважины является обеспечение минимально возможного показателя фильтрации от 0,5 до 0 см3/30 мин. Это условие выполняется с помощью полианионной целлюлозы.One of the main conditions for maintaining stability of the borehole walls to provide a minimum possible filter index from 0.5 to 0 cm 3/30 min. This condition is met using polyanionic cellulose.

Установлено, что основную роль в интенсификации процесса разупрочнения глин играет не исходная влажность, а насыщение фильтратом бурового раствора под действием репрессии на пласт. Поглощение фильтрата бурового раствора происходит не столько под действием перепада давления в системе скважина-пласт, сколько в результате физико-химического воздействия, развивающегося в самой глинистой породе. Наиболее оптимальными, с точки зрения устойчивости стенок скважины, являются случаи, когда в системе скважина-пласт устанавливается осмотическое равновесие, либо осмос направлен из пласта в скважину. Несмотря на то, что в случае действия осмоса из пласта в скважину происходит изменение показателей бурового раствора, гораздо легче управлять им и поддерживать его в заданных пределах, чем бороться с осложнениями уже после дестабилизации ствола скважины.It has been established that the main role in the intensification of the clay softening process is played not by the initial moisture, but by the saturation of the mud with the filtrate under the action of repression on the formation. The absorption of the mud filtrate occurs not so much under the influence of the pressure drop in the well-formation system, but as a result of the physicochemical action developing in the clay rock itself. The most optimal, from the point of view of the stability of the walls of the well, are cases when the osmotic equilibrium is established in the well-formation system, or osmosis is directed from the formation into the well. Despite the fact that in the case of the action of osmosis from the formation into the well, a change in the parameters of the drilling fluid occurs, it is much easier to manage and maintain it within specified limits than to deal with complications after destabilization of the wellbore.

Следовательно, устойчивость глин и уменьшение числа дифференциальных прихватов будет зависеть от правильно выбранной композиции химреагентов и, в первую очередь, от ингибирующего, фильтрационного и смазывающего состава реагентов. Это и есть основная задача, требующая решения.Consequently, clay stability and a decrease in the number of differential sticks will depend on the correctly selected composition of chemicals and, first of all, on the inhibitory, filtering and lubricating composition of the reagents. This is the main task that needs to be addressed.

Применение предлагаемого раствора позволяет бурить интервалы пород, представленные неустойчивыми, высокопластичными, разупрочняющимися глинами, и успешно сооружать вертикальные скважины, а также наклонно-направленные и горизонтальные.The application of the proposed solution allows you to drill rock intervals, represented by unstable, highly plastic, softening clay, and successfully build vertical wells, as well as directional and horizontal.

Использование реагентов со свойствами ингибиторов позволяет осуществлять управляемую коагуляцию, поддерживать показатель рН-среды в требуемых пределах, регулировать структурно-реологические, фильтрационные показатели и оптимальный уровень лиофильности.The use of reagents with the properties of inhibitors allows for controlled coagulation, to maintain the pH of the medium within the required limits, to regulate structural-rheological, filtration indicators and the optimal level of lyophilism.

Выполненные лабораторные исследования позволили установить, что применение шести именно таких ингибиторов набухания глин одновременно в одном растворе позволило добиться синергетического эффекта, т.е. усиления ингибирующей составляющей промывочной жидкости, при этом каждый реагент, дополняя друг друга, усиливает крепящие свойства бурового раствора. Комплекс реагентов работает лучше, чем каждый компонент в отдельности. Кроме того, за счет подбора химреагентов в таком составе, происходит вытеснение натриевых катионов из глинистых отложений, натриевая глина переходит в кальциевую, а это также усиливает ингибирующую функцию, способствуя снижению гидратации и набухания, уменьшая выпучивание, текучесть, обвалы и осыпи пород.Laboratory studies have made it possible to establish that the use of exactly six such clay swelling inhibitors simultaneously in one solution made it possible to achieve a synergistic effect, i.e. strengthening the inhibitory component of the flushing fluid, with each reagent complementing each other enhancing the fastening properties of the drilling fluid. The reagent complex works better than each component individually. In addition, due to the selection of chemicals in this composition, sodium cations are displaced from clay deposits, sodium clay is converted to calcium, and this also enhances the inhibitory function, helping to reduce hydration and swelling, reducing bulging, fluidity, collapses and talus rocks.

Преимущество раствора разработанной рецептуры заключается в том, что в результате взаимодействия его с исследуемыми глинами концентрация ионов К+ возрастает до 18000 и более мг/л ионов. А это приводит к дополнительному улучшению качества раствора и свидетельствует о том, что осмотический процесс направлен из пласта в скважину. Наличие в растворе ионов калия и магния способствует росту изотонического коэффициента до 4,7. Таким образом, происходит увеличение количества осмотических активных частиц в растворе вследствие диссоциации электролита.The advantage of the solution of the developed formulation is that as a result of its interaction with the studied clays, the concentration of K + ions increases to 18000 or more mg / l of ions. And this leads to an additional improvement in the quality of the solution and indicates that the osmotic process is directed from the formation to the well. The presence of potassium and magnesium ions in the solution promotes an increase in the isotonic coefficient to 4.7. Thus, there is an increase in the number of osmotic active particles in solution due to dissociation of the electrolyte.

Предлагаемый раствор обладает очень высокими ингибирующими свойствами, практически нулевой фильтрацией, имеет улучшенные структурно-реологические, антиприхватные и природоохранные свойства и является оптимальным для осложненных условий бурения. Экспериментально подтверждено явление синергетического эффекта при комплексной обработке бурового раствора несколькими реагентами-ингибиторами.The proposed solution has very high inhibitory properties, almost zero filtration, has improved structural and rheological, anti-seize and environmental properties and is optimal for complicated drilling conditions. The phenomenon of a synergistic effect during complex treatment of the drilling fluid with several inhibitor reagents has been experimentally confirmed.

При бурении разведочной скважины на Прибрежной площади Краснодарского края доказано улучшение крепящих свойств раствора за счет синергетического эффекта от действия предлагаемых компонентов.When drilling an exploratory well on the Coastal area of the Krasnodar Territory, it was proved that the fastening properties of the solution are improved due to the synergistic effect of the proposed components.

Выполненные исследования позволили сделать следующие выводы:The studies performed allowed us to draw the following conclusions:

1) применение этого раствора позволяет успешно сооружать разведочные скважины на нефть и газ глубиной более 3000 м с горизонтальным окончанием, на участках, представленных неустойчивыми высокопластичными глинами и самодиспергирующимися сланцами;1) the use of this solution allows you to successfully build exploration wells for oil and gas with a depth of more than 3,000 m with a horizontal end, in areas represented by unstable highly plastic clays and self-dispersing shales;

2) экспериментально подтвержден синергетический эффект действия компонентов раствора - комплекс реагентов работает лучше, чем каждый компонент в отдельности;2) the synergistic effect of the action of the solution components has been experimentally confirmed - the complex of reagents works better than each component individually;

3) предлагаемый состав нового раствора обладает высочайшей ингибирующей способностью, способствует замедлению процесса гидратации и набухания глинистых отложений;3) the proposed composition of the new solution has the highest inhibitory ability, helps to slow down the process of hydration and swelling of clay deposits;

4) предложенное сочетание реагентов позволяет раствору успешно предупреждать, приостанавливать и подавлять деформационные процессы в околоствольном пространстве скважины, уменьшает кавернозность;4) the proposed combination of reagents allows the solution to successfully prevent, suspend and suppress deformation processes in the borehole space, reduces cavernousness;

5) показано, что предлагаемый раствор обладает улучшенными смазывающими и антиприхватными свойствами при существенных энергосберегающих показателях и достаточном уровне экологической безопасности всех добавок, при этом уменьшается риск дифференциальных прихватов, улучшается реологический профиль скоростей промывочной жидкости в кольцевом пространстве и повышается стабильность эмульсии. Это способствует эффективному выполнению гидравлической программы промывки скважины.5) it was shown that the proposed solution has improved lubricating and anti-seizing properties with significant energy-saving indicators and a sufficient level of environmental safety of all additives, while reducing the risk of differential sticking, improving the rheological velocity profile of the washing liquid in the annular space and increasing the stability of the emulsion. This contributes to the efficient implementation of a hydraulic well flushing program.

В заявленном растворе при оптимальном соотношении компонентов происходит синергетическое усиление эффективности ингибирующего, фильтрационного, смазочного, противоприхватного и противоизносного действия отдельных компонентов, при этом раствор сохраняет свои свойства при температуре до 130°С.In the claimed solution with the optimal ratio of the components there is a synergistic increase in the effectiveness of the inhibitory, filtration, lubrication, anti-seizure and anti-wear effects of the individual components, while the solution retains its properties at temperatures up to 130 ° C.

Предложенный наноструктурированный буровой раствор с высокими антиприхватными, ингибирующими, фильтрационными и смазывающими свойствами имеет параметры: фильтрация раствора - 0,5-0 см3/за 30 минут, липкость корки равна 0,1, коэффициент трения меньше 0,1, толщина корки меньше 0,5 мм, отношение масло/вода в % составляет 80/20, плотность раствора от 1,1 до 1,25 г/см3, условная вязкость по СПВ-5 - 35-40 секунд, пластическая вязкость - 20-40 мПа⋅С, СНС 1/10 минут - 15-20/20-30 дПа, содержание песка меньше 0,5%, содержание Са++ больше 16000 мг/л, содержание Cl больше 30000 мг/л, содержание К+ больше 18000 мг/л.The proposed nanostructured drilling fluid with high anti-stick, inhibitory, filtration and lubricating properties has the following parameters: mud filtration - 0.5-0 cm 3 / in 30 minutes, the stickiness of the crust is 0.1, the coefficient of friction is less than 0.1, the thickness of the crust is less than 0 , 5 mm, the oil / water ratio in% is 80/20, the density of the solution is from 1.1 to 1.25 g / cm 3 , the conditional viscosity according to SPV-5 is 35-40 seconds, the plastic viscosity is 20-40 mPa⋅ C, SNS 1/10 minutes - 15-20 / 20-30 dPa, sand content of less than 0.5%, the content of Ca ++ over 16,000 mg / l, Cl content of greater than 30000 mg / l, containing K + of more than 18000 mg / l.

Claims (1)

Наноструктурированный высокоингибированный буровой раствор для бурения скважин, включающий мраморную крошку, полианионную целлюлозу, хлористый калий, кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11, сульфонол, метилсиликонат калия, ацетат калия, бишофит, феррохромлигносульфонат, пеногаситель, барит, отходы растительного масла, воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит алюминат калия и нанодисперсную медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: мраморная крошка 5-10; полианионная целлюлоза 5-10; сульфанол 2-5; хлористый калий 2-5; метилсиликонат калия 1-4; ацетат калия 1,5-4; бишофит 2-5; феррохромлигносульфонат 1-5; ГКЖ-11 2-5; барит 0,5-5; пеногаситель 0,5-1; алюминат калия 1-5; нанодисперсная медь 0,5-4; жидкая фаза - отходы растительного масла и воды в соотношении 55/45-80/20 - остальное.Nanostructured highly inhibited drilling fluid for drilling wells, including marble chips, polyanionic cellulose, potassium chloride, silicone fluid GKZh-11, sulfonol, potassium methylsiliconate, potassium acetate, bischofite, ferrochrome lignosulfonate, defoamer, oil, water, waste, additionally contains potassium aluminate and nanodispersed copper in the following ratio of components, wt.%: marble chips 5-10; polyanionic cellulose 5-10; sulfanol 2-5; potassium chloride 2-5; potassium methylsiliconate 1-4; potassium acetate 1.5-4; bischofite 2-5; ferrochrome lignosulfonate 1-5; GKZH-11 2-5; barite 0.5-5; defoamer 0.5-1; potassium aluminate 1-5; nanodispersed copper 0.5-4; the liquid phase - waste vegetable oil and water in a ratio of 55 / 45-80 / 20 - the rest.
RU2019101894A 2019-01-24 2019-01-24 Nanostructured high-inhibited drilling fluid RU2708849C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101894A RU2708849C1 (en) 2019-01-24 2019-01-24 Nanostructured high-inhibited drilling fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101894A RU2708849C1 (en) 2019-01-24 2019-01-24 Nanostructured high-inhibited drilling fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2708849C1 true RU2708849C1 (en) 2019-12-12

Family

ID=69006822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019101894A RU2708849C1 (en) 2019-01-24 2019-01-24 Nanostructured high-inhibited drilling fluid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2708849C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4719021A (en) * 1984-11-28 1988-01-12 Sun Drilling Products Corporation Shale-stabilizing drilling fluids and method for producing same
RU2248389C2 (en) * 2003-04-22 2005-03-20 Открытое акционерное общество "Белкард" Lubricant composition
RU2303047C1 (en) * 2006-05-10 2007-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Буровая компания ОАО "ГАЗПРОМ" (ООО "БУРГАЗ") Highly inhibited drilling
RU2561630C2 (en) * 2013-12-02 2015-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "СБК-ТЕХНОСЕРВИС" Biopolymer drilling mud sbk-uni-drill-pro (hard)
RU2582197C1 (en) * 2015-03-25 2016-04-20 Александр Александрович Третьяк Drilling mud

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4719021A (en) * 1984-11-28 1988-01-12 Sun Drilling Products Corporation Shale-stabilizing drilling fluids and method for producing same
RU2248389C2 (en) * 2003-04-22 2005-03-20 Открытое акционерное общество "Белкард" Lubricant composition
RU2303047C1 (en) * 2006-05-10 2007-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Буровая компания ОАО "ГАЗПРОМ" (ООО "БУРГАЗ") Highly inhibited drilling
RU2561630C2 (en) * 2013-12-02 2015-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "СБК-ТЕХНОСЕРВИС" Biopolymer drilling mud sbk-uni-drill-pro (hard)
RU2582197C1 (en) * 2015-03-25 2016-04-20 Александр Александрович Третьяк Drilling mud

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Unsal et al. Low salinity polymer flooding: Lower polymer retention and improved injectivity
RU2303047C1 (en) Highly inhibited drilling
RU2724060C2 (en) Ultra-high-viscosity tampons and methods of their use in drilling system of oil wells
EA029836B1 (en) Compositions and methods for treatment of well bore tar
CN109996930B (en) Method of treating a downhole formation zone
EA016273B1 (en) Method for treating a subterranean formation
EA017950B1 (en) Breaker fluids and methods of using the same
RU2582197C1 (en) Drilling mud
Awele Investigation of additives on drilling mud performance with" tønder geothermal drilling" as a case study
NO346341B1 (en) Method for treatment of underground formation
Mohammadi et al. Insights into the pore-scale mechanisms of formation damage induced by drilling fluid and its control by silica nanoparticles
RU2710654C1 (en) Highly inhibited invert drilling agent
CN101918509A (en) Drilling fluid additive and methods of stabilizing kaolinite fines migration
Nutskova et al. Research of oil-based drilling fluids to improve the quality of wells completion
RU2768340C1 (en) High-cation-inhibited drilling mud
RU2708849C1 (en) Nanostructured high-inhibited drilling fluid
EA025729B1 (en) Compositions and methods for treatment of well bore tar
CN106398668A (en) Environmentally friendly drilling fluid
CN113583639B (en) Drilling fluid system for deep well drilling and preparation method thereof
RU2386656C1 (en) Drilling fluid for well construction in difficult conditions, mainly for drilling extended-reach wells and horizontal wells
RU2516400C1 (en) Alum-gypsum-potassium drill mud and method of its production
EA010638B1 (en) Water-based drilling fluids using latex additives
RU2483091C1 (en) Drilling fluid for flushing of long-distance steeply inclined wells under conditions of permafrost and highly colloidal clay rocks, and its application method
RU2541666C1 (en) Mud fluid for stabilisation of mud shale
RU2768357C1 (en) Emulsion-inhibited reverse-invert drilling mud

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210125