RU2733583C1

RU2733583C1 - Light polymer-clay drilling fluid

Info

Publication number: RU2733583C1
Application number: RU2019140637A
Authority: RU
Inventors: Роман Петрович Гресько; Оксана Васильевна Шумилкина; Сергей Валерьевич Сенюшкин; Александр Васильевич Стадухин; Наталья Владимировна Козлова
Original assignee: Публичное акционерное общество "Газпром"
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-10-05

Abstract

FIELD: oil, gas and coke-chemical industries.SUBSTANCE: invention relates to the oil and gas industry. Light-weight polymer-clay drilling fluid for prevention of formation hydraulic fracturing and prevention of absorption at drilling intervals with low reservoir pressure contains the following, wt. %: modified clay powder PBMB 3.0–4.0; polyanionic cellulose PAC-B 0.2–0.3; peat-alkaline reagent PolyTimber 2.0–4.0; surfactant Neonol AF 9–10 0.2–0.4; water is balance.EFFECT: technical result is optimization of processing properties of drilling fluid, density of drilling mud below water density, high blocking properties, providing trouble-free drilling of wells in conditions of abnormally low formation pressures.1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к буровым растворам для предупреждения поглощений при бурении интервалов, характеризующихся аномально низким пластовым давлением.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to drilling fluids to prevent losses during drilling of intervals characterized by abnormally low reservoir pressure.

Для бурения в условиях проницаемых коллекторов с АНПД необходимо использование облегченных буровых растворов, сохраняющих в забойных условиях оптимальные технологические свойства, обеспечивающие профилактику осложнений в процессе бурения.For drilling in the conditions of permeable reservoirs with AOFD, it is necessary to use lightweight drilling fluids that retain optimal technological properties in downhole conditions, ensuring the prevention of complications during the drilling process.

Наиболее близким к предлагаемому составу и назначению является аэрированный буровой раствор, содержащий воду, бентонитовый глинопорошок, стабилизатор-карбоксиметилцеллюлозу и пенообразователь, в качестве пенообразователя содержит омыленный таловый пек - ОТП или эмультал, при следующем соотношении компонентов, мас. %: глинопорошок 5-6, КМЦ 0,2-0,4, ОТП или эмультал 0,4-0,6, вода - остальное [RU 2172760 С1, МПК С09К 7/02 (2000.01), опубл. 27.08.2001]. Буровой раствор предназначен для разбуривания «истощенных» пластов с аномально низким пластовым давлением.Closest to the proposed composition and purpose is an aerated drilling mud containing water, bentonite clay powder, stabilizer-carboxymethyl cellulose and a foaming agent, as a foaming agent it contains saponified tallow pitch - OTP or emultal, with the following ratio of components, wt. %: clay powder 5-6, CMC 0.2-0.4, OTP or emultal 0.4-0.6, water - the rest [RU 2172760 C1, IPC S09K 7/02 (2000.01), publ. 27.08.2001]. The drilling fluid is designed for drilling out "depleted" formations with abnormally low formation pressure.

Недостатком данного раствора являются низкая стабильность и недостаточные блокирующие свойства.The disadvantages of this solution are low stability and insufficient blocking properties.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение облегченного полимер глинистого бурового раствора на водной основе, обладающего плотностью ниже плотности воды и повышенными блокирующими свойствами.The technical problem to be solved by the claimed invention is to obtain a lightweight polymer of a clay water-based drilling mud having a density lower than the density of water and increased blocking properties.

При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в оптимизации технологических свойств бурового раствора с применением специальных добавок, с целью обеспечения безаварийного бурения скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.When implementing the proposed technical solution, the task is solved by achieving the technical result, which consists in optimizing the technological properties of the drilling fluid using special additives, in order to ensure trouble-free drilling of wells in conditions of abnormally low reservoir pressures.

Указанный технический результат достигается тем, что буровой раствор содержит модифицированный глинопорошок ПБМБ, полианионную целлюлозу высокой вязкости ПАЦ-В, торфощелочной реагент марки ПолиТЩР, поверхностно-активное вещество Неонол АФ 9-10, при следующем соотношении компонентов, мас. %: ПБМБ 3,0-4,0, ПАЦ-В 0,2-0,3, ПолиТЩР 2,0-4,0, Неонол АФ 9-10 0,2-0,4, вода - остальное.The specified technical result is achieved by the fact that the drilling fluid contains a modified mud powder PBMB, polyanionic cellulose of high viscosity PAC-V, peat-alkali reagent PolITSCHR, surfactant Neonol AF 9-10, with the following ratio of components, wt. %: PBMB 3.0-4.0, PAC-V 0.2-0.3, PolITSCHR 2.0-4.0, Neonol AF 9-10 0.2-0.4, water - the rest.

Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет подбора компонентов (количественного и качественного) в заявляемом облегченном полимер глинистом буровом растворе, совместное применение которых позволяет получить кинетически стабильный раствор низкой плотности, обладающий высокими блокирующими свойствами.Achievement of the specified technical result is ensured by the selection of components (quantitative and qualitative) in the claimed lightweight polymer clay drilling mud, the combined use of which makes it possible to obtain a kinetically stable low density mud with high blocking properties.

Для приготовления заявляемого бурового раствора использовали следующие компоненты:The following components were used to prepare the inventive drilling mud:

Глинопорошок бентонитовый, модифицированный марки ПБМБ с выходом глинистого раствора не менее 16 м³/т (по ТУ 2164-005-01424676-2014), является структурообразователем буровых растворов. Относится к малоопасным веществам 4 класса.Clay powder bentonite, modified grade PBMB with an output of clay solution not less than 16 m ³ / t (according to TU 2164-005-01424676-2014), is a structure former for drilling fluids. Refers to low-hazard class 4 substances.

Полианионная целлюлоза высокой вязкости марки ПАЦ-В представляет собой продукт взаимодействия целлюлозы с монохлоруксусной кислотой или ее натриевой солью в присутствии гидроксида натрия (ТУ 2231-033-97457491-2010). ПАЦ-В используется для регулирования фильтрационных и реологических характеристик буровых растворов на водной основе, устойчив к солевой и бактериальной агрессии, повышает термостабильность бурового раствора.Polyanionic cellulose of high viscosity grade PAC-V is a product of the interaction of cellulose with monochloroacetic acid or its sodium salt in the presence of sodium hydroxide (TU 2231-033-97457491-2010). PAC-V is used to regulate the filtration and rheological characteristics of water-based drilling fluids, is resistant to salt and bacterial aggression, and increases the thermal stability of the drilling fluid.

ПолиТЩР производится по ТУ 2458-042-97457491-2010 и представляет собой комплексный реагент на торфощелочной основе, который предназначен для регулирования вязкостных характеристик буровых растворов, обладает высокими блокирующими свойствами, является интенсивным пептизатором твердой фазы и реагентом-регулятором рН. ПолиТЩР снижает чувствительность полимер глинистых растворов к воздействию электролитов (минерализованных пластовых вод).PolITSCHR is produced according to TU 2458-042-97457491-2010 and is a complex peat-based reagent designed to regulate the viscosity characteristics of drilling fluids, has high blocking properties, is an intensive peptizer of the solid phase and a pH regulator reagent. PolITSCHR reduces the sensitivity of polymer clay solutions to the effects of electrolytes (saline formation waters).

Неонол АФ 9-10 (С₉Н₁₉С₆Н₄О(С₂Н₄О)₁₀Н) по ТУ 2483-077-05766801-98 оксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримеров пропилена представляют собой техническую смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов. Неонол АФ 9-10 является качественным стабилизатором пены, обладает смачивающими, эмульгирующими и диспергирующими свойствами. Неонол АФ 9-10 - неионогенное поверхностно-активное вещество, стабилизатор - пенообразователь.Neonol AF 9-10 (C ₉ H ₁₉ C ₆ H ₄ O (C ₂ H ₄ O) ₁₀ H) according to TU 2483-077-05766801-98 oxyethylated monoalkylphenol based on propylene trimers is a technical mixture of polyethylene glycol ethers of monoalkylphenols. Neonol AF 9-10 is a high-quality foam stabilizer that has wetting, emulsifying and dispersing properties. Neonol AF 9-10 - nonionic surfactant, stabilizer - foaming agent.

Облегченный пресный полимер глинистый буровой раствор в лабораторных условиях готовили следующим образом.Lightweight fresh polymer clay drilling mud in laboratory conditions was prepared as follows.

Глинистую суспензию готовили путем растворения бентонитового глинопорошка (ПБМБ) в водопроводной воде при помощи лабораторной смесительной установки, обеспечивающей скорость вращения швеллера (8000±1600) об/мин в течение 20 минут. Полученную глинистую суспензию оставляли на 24 часа при комнатной температуре для более полной гидратации и набухания глинистых частиц. Через 24 часа глинистую суспензию, в течение 60 минут, перемешивали на смесительной установке при скорости вращения швеллера (8000±1600) об/мин. Далее, полученную глинистую суспензию обрабатывали реагентом-стабилизатором полианионной целлюлозой (ПАЦ-В) путем добавления при перемешивании на смесительной установке при той же скорости вращения швеллера до полного распускания. После полного распускания полианионной целлюлозы вводили ПолиТЩР и вновь перемешивали в течение 30 минут. ПолиТЩР обладает высокой пенообразующей способностью, что приводит к облегчению полимер глинистого раствора путем насыщения его воздухом из атмосферы в процессе приготовления. Устойчивость пенообразования определяется временем от момента ее образования до самопроизвольного разрушения. Устойчивую пену можно получить только в присутствии стабилизатора-пенообразователя, от природы и концентрации которого, в основном, зависит время существования пены. Для того чтобы пенообразование было кинетически стабильным используют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Поверхностно-активные вещество с длинной молекулярной цепью, адсорбируясь на границе вода - воздух, образует высоковязкую структурированную пленку, препятствующую стеканию жидкости, при этом толщина слоя жидкости между пузырьками газа уменьшается медленно, и пена может существовать длительное время. В связи с этим вспененный пресный полимер глинистый буровой раствор стабилизировали неионогенным ПАВ - Неонол АФ 9-10 путем его добавления при постоянном перемешивания при установленной скорости вращения швеллера смесительной установки, что позволяет добиться кинетической стабильности плотности бурового раствора и, как следствие, снижения гидростатического давления на забое скважины для предупреждения поглощений.The clay suspension was prepared by dissolving bentonite mud powder (PBMB) in tap water using a laboratory mixing plant providing a channel rotation speed (8000 ± 1600) rpm for 20 minutes. The resulting clay suspension was left for 24 hours at room temperature for more complete hydration and swelling of clay particles. After 24 hours, the clay suspension, for 60 minutes, was stirred on a mixing unit at a channel rotation speed (8000 ± 1600) rpm. Further, the resulting clay suspension was treated with a stabilizing reagent polyanionic cellulose (PAC-V) by adding it with stirring on a mixing unit at the same speed of rotation of the channel until it completely bloomed. After the polyanionic cellulose was completely unraveled, PolyITSP was introduced and mixed again for 30 minutes. PolITSCHR has a high foaming capacity, which leads to the lightening of the clay solution polymer by saturating it with air from the atmosphere during the preparation process. The stability of foaming is determined by the time from the moment of its formation to spontaneous destruction. Stable foam can only be obtained in the presence of a stabilizing foaming agent, the nature and concentration of which mainly determines the lifetime of the foam. In order for the foaming to be kinetically stable, surfactants (surfactants) are used. A surfactant with a long molecular chain, adsorbing at the water-air interface, forms a highly viscous structured film that prevents liquid from draining, while the thickness of the liquid layer between gas bubbles decreases slowly, and foam can exist for a long time. In this regard, the foamed fresh polymer clay drilling mud was stabilized with a non-ionic surfactant - Neonol AF 9-10 by adding it with constant stirring at a set speed of rotation of the channel of the mixing unit, which makes it possible to achieve kinetic stability of the density of the drilling mud and, as a consequence, to reduce the hydrostatic pressure by bottomhole to prevent losses.

Для выявления отличительных признаков и заявленного технического результата аналогичным образом готовят различные варианты раствора, отличающиеся количественным содержанием материалов и реагентов.To identify the distinctive features and the claimed technical result, various solutions are prepared in a similar way, differing in the quantitative content of materials and reagents.

В лабораторных условиях измеряли технологические параметры заявляемого бурового раствора с использованием аттестованных методик измерений при температуре (20±2)°С. Плотность бурового раствора определяли с помощью пикнометра. Для определения условной вязкости использовали вискозиметр ВБР-2. Для определения фильтрации использовали фильтр-пресс с площадью зоны фильтрации (45,8±0,6) см², обеспечивающий перепад давления на фильтрующем элементе 0,7 МПа. Реологические свойства определялись при помощи 8-скоростного ротационного вискозиметра, оснащенного коаксиальными измерительными цилиндрами. Стабильность раствора оценивалась при помощи цилиндра стабильности ЦС-2. На тестере проницаемости определялись блокирующие свойства заявляемого бурового раствора.In laboratory conditions, the technological parameters of the inventive drilling fluid were measured using certified measurement techniques at a temperature of (20 ± 2) ° C. The density of the drilling fluid was determined using a pycnometer. To determine the relative viscosity, a VBR-2 viscometer was used. To determine the filtration used a filter press with a filtration zone area of (45.8 ± 0.6) cm ² , providing a pressure drop across the filter element of 0.7 MPa. Rheological properties were determined using an 8-speed rotary viscometer equipped with coaxial measuring cylinders. The stability of the solution was assessed using a TsS-2 stability cylinder. The blocking properties of the inventive drilling mud were determined on the permeability tester.

В таблице 1 представлены компонентный состав и технологические свойства заявляемого бурового растворов. Примеры приготовления и испытания составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному. Для выявления отличительных признаков и заявленного технического результата изменяли массовые соотношения компонентов (табл. 1, поз. 1-7).Table 1 shows the component composition and technological properties of the proposed drilling fluids. Examples of preparation and testing of the formulations shown in the table are similar to those described above. To identify the distinctive features and the claimed technical result, the mass ratios of the components were changed (Table 1, pos. 1-7).

Как видно из таблицы 1, заявляемый облегченный пресный полимер глинистый буровой раствор за счет использования современных многофункциональных реагентов обладает оптимальными структурно-реологическими и фильтрационными свойствами (табл. 1, поз. 1-5).As can be seen from table 1, the claimed lightweight fresh polymer clay drilling mud due to the use of modern multifunctional reagents has optimal structural, rheological and filtration properties (table 1, item 1-5).

Высокие блокирующие свойства заявляемого бурового раствора обеспечиваются за счет совокупности применения используемых материалов и реагентов.High blocking properties of the inventive drilling mud are provided due to the combination of the use of the materials and reagents used.

На устойчивость стенок скважины в любых условиях влияет глубина проникновения фильтрата бурового раствора в горную породу. Применение инертных наполнителей (ПолиТЩР) позволяет сформировать кольматационный экран на стенке скважины, в виде тонкой низкопроницаемой фильтрационной корки, и соответственно минимизировать проникновение фильтрата в горную породу. Механизм кольматирующего действия аэрированных жидкостей обусловлен сжимаемостью газовых пузырьков под давлением и изменением их размеров с изменением давления, т.е. при нагнетании в пласт под давлением они сжимаются, по мере движения по пласту при снижении давления расширяются. Изменение их формы сопровождается увеличением удельной поверхности, растяжением пленки эмульгатора и, следовательно, расходом энергии. Поэтому агрегаты дисперсной фазы могут играть роль своеобразных автокольматантов с изменяемым эффективным диаметром (эффект Жамена) [Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. - М.: «Химия», 1975. - 264 с].The stability of the borehole walls in any conditions is affected by the depth of penetration of the drilling mud filtrate into the rock. The use of inert fillers (PolITSCHR) allows to form a clogging screen on the borehole wall, in the form of a thin low-permeability filter cake, and, accordingly, to minimize the penetration of filtrate into the rock. The mechanism of the clogging action of aerated liquids is due to the compressibility of gas bubbles under pressure and a change in their size with a change in pressure, i.e. when injected into the formation under pressure, they contract, as they move through the formation with decreasing pressure, they expand. The change in their shape is accompanied by an increase in the specific surface area, stretching of the emulsifier film and, consequently, energy consumption. Therefore, the aggregates of the dispersed phase can play the role of a kind of autocolmatants with a variable effective diameter (Zhamen effect) [Tikhomirov V.K. Foam. Theory and practice of their receipt and destruction. - M .: "Chemistry", 1975. - 264 s].

Проведены испытания блокирующих свойств, критерием оценки которых выбраны фильтрационные характеристики: показатель фильтрации (Ф7,5 мин, Ф 30 мин), скорость фильтрации

и глубина проникновения фильтрата (h). Исследования заявляемого бурового раствора проведены на тестере проницаемости тампонирующих материалов, в статических условиях, исключающих гравитационное осаждение взвешенных частиц кольматирующего реагента на фильтре и контакт заявляемого бурового раствора с носителем, создающим перепад давления. Испытания проводили при температуре бурового раствора равной температуре окружающего воздуха (20±2)°С и перепаде давления на фильтрующем элементе 3,5 МПа, с использованием керамических фильтров с размером пор 90 мкм. Полученные результаты испытаний блокирующих свойств ОПБР представлены в таблице 1.Tests of blocking properties were carried out, the criterion for evaluating which was selected filtration characteristics: filtration index (Ф7.5 min, Ф 30 min), filtration rate

and the depth of penetration of the filtrate (h). The studies of the inventive drilling fluid were carried out on a tester of plugging materials permeability, under static conditions, excluding the gravitational settling of suspended particles of the clogging reagent on the filter and the contact of the inventive drilling fluid with a carrier that creates a pressure drop. The tests were carried out at a drilling fluid temperature equal to the ambient temperature (20 ± 2) ° C and a pressure drop across the filter element of 3.5 MPa, using ceramic filters with a pore size of 90 μm. The obtained results of testing the blocking properties of OPBR are presented in Table 1.

Таким образом, заявляемый облегченный пресный полимер глинистый буровой раствор отличается от прототипа более высокими стабильностью и блокирующими свойствами, что в совокупности обеспечивает профилактику поглощения бурового раствора в процессе бурения скважины.Thus, the inventive lightweight fresh polymer clay drilling mud differs from the prototype in higher stability and blocking properties, which together provides the prevention of lost circulation of the drilling mud in the process of drilling a well.

Claims

Lightweight polymer-clay drilling mud for prevention of hydraulic fracturing and prevention of losses when drilling intervals with low formation pressure, characterized by the fact that it contains modified mud powder PBMB, polyanionic cellulose PAC-V, peat-alkali reagent PolyTShchR, surfactant Neonol AF 9-10 and water with the following ratio of components, wt%:

modified clay powder PBMB 3.0-4.0 polyanionic cellulose PAC-V 0.2-0.3 peat-alkali reagent PolITSCHR 2.0-4.0 Neonol AF 9-10 0.2-0.4 water rest