RU2768340C1 - High-cation-inhibited drilling mud - Google Patents

High-cation-inhibited drilling mud Download PDF

Info

Publication number
RU2768340C1
RU2768340C1 RU2021114831A RU2021114831A RU2768340C1 RU 2768340 C1 RU2768340 C1 RU 2768340C1 RU 2021114831 A RU2021114831 A RU 2021114831A RU 2021114831 A RU2021114831 A RU 2021114831A RU 2768340 C1 RU2768340 C1 RU 2768340C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
potassium
drilling
chloride
solution
wells
Prior art date
Application number
RU2021114831A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Яковлевич Третьяк
Екатерина Витальевна Карельская
Александр Витальевич Крымов
Сергей Александрович Онофриенко
Original Assignee
Александр Яковлевич Третьяк
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 Яковлевич Третьяк filed Critical Александр Яковлевич Третьяк
Priority to RU2021114831A priority Critical patent/RU2768340C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2768340C1 publication Critical patent/RU2768340C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • 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

Abstract

FIELD: drilling of soil or rocks.
SUBSTANCE: invention relates to drilling of vertical, directional and horizontal wells, in particular represented by thick deposits of high-viscosity clays, prone to swelling and softening, including with changes in wellbore integrity, especially in its horizontal part. High-cation-inhibited drilling mud for drilling wells contains, wt.%: marble chips 5–10; polyanionic cellulose 5–7; sulfonol 2–5; potassium chloride 2–5; potassium methyl siliconate 1–4; potassium acetate 1.5–4; bischofite 2–5; potassium formate 1–5; ferrochrome lignosulphonate 1–5; organosilicon liquid GKZH-11 2–5; barite 0.5–5; antifoaming agent Penta 465 0.5–1; potassium aluminate 1–5; calcium chloride 1–5; nanodispersed copper 0.5–4; magnesium chloride 1–5; liquid phase — water and wastes obtained during production of vegetable oils, in ratio 55/45–80/20 — the rest.
EFFECT: improvement of structural-rheological, inhibiting, lubricating, filtration, anti-wear, fixing and anti-seizure properties of drilling mud for construction of wells in difficult geological conditions.
1 cl, 1 tbl

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 высокаяThe invention relates to the field of drilling vertical, directional and horizontal oil and gas wells, in particular represented by thick 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, «Высокоингибированный буровой раствор», патент RU №2303047, С1 опубл. 20.07.2007, МПК С09К 8/20, состоящий из бентонитовой глины, полианионной целлюлозы, хлористого калия, ферро-хромлигносульфоната, барита, метилсиликоната калия, ацетата калия, кальцинированной соды, бишофита, фосфатидного концентрата, нитрилотриметил-фосфоновой кислоты, графита, пеногасителя, взятый как аналог.Known drilling fluid, "Highly inhibited drilling fluid", patent RU No. 2303047, C1 publ. 07/20/2007, IPC С09К 8/20, consisting of bentonite clay, polyanionic cellulose, potassium chloride, ferrochromium lignosulfonate, barite, potassium methylsiliconate, potassium acetate, soda ash, bischofite, phosphatide concentrate, nitrilotrimethylphosphonic acid, graphite, defoamer, taken as analog.

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, being good as an inhibitor, it does not solve the problem of holding viscous, heaving, softening clays in a stable 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 osmosis will be directed from the reservoir to the well.

Известен буровой раствор, взятый за прототип «Наноструктурированный, высокоингибированный буровой раствор», патент RU №2708849 С1, опубл. 12.12.2019 бюл. №35, МПК С09К 8/32, 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 "Nanostructured, highly inhibited drilling fluid", patent RU No. 2708849 C1, publ. 12.12.2019 Bull. No. 35, MPK S09K 8/32, consisting of marble chips, polyanionic cellulose, sulfonic acid, potassium chloride, potassium methyl siliconate, potassium acetate, bischofite, ferrochrome lignosulfonate, GKZH-11, barite, defoamer, liquid phase consisting of vegetable oil and water waste in the ratio - 55/45-80/20.

Недостатком этого раствора является то, что он, являясь хорошим в качестве ингибирующего, не решает проблему борьбы с дифференциальными 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, while being good as an inhibitor, it does not solve the problem of dealing with differential sticking. The objective of the invention is to develop a drilling fluid that has the highest inhibitory, crust-forming, lubricating, anti-stick properties and ensures the establishment of osmotic equilibrium, or the creation of conditions when osmosis is directed from the formation to 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.

Высококатионно-ингибированный буровой раствор для бурения скважин, включающий мраморную крошку, полианионную целлюлозу, хлористый калий, ГКЖ-11, сульфонол, метилсиликонат калия, ацетат калия, бишофит, феррохром-лигносульфонат, пеногаситель, барит, отходы растительного масла, воду, алюминат калия, нанодисперсную медь, отличающуюся тем, что дополнительно содержит формиат калия, хлорид кальция и хлорид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%: мраморная крошка - 5-10, полианионная целлюлоза - 5-10, сульфонол - 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, нано-дисперсная медь - 0, 5-4, формиат калия - 1-5, хлорид кальция -1-5, хлорид магния - 1-5, жидкая фаза - вода и отходы, получаемые при изготовлении растительных масел, в соотношении 55/45-80/20 - остальное.Highly cationic-inhibited drilling fluid for well drilling, including marble chips, polyanionic cellulose, potassium chloride, GKZh-11, sulphonol, potassium methyl siliconate, potassium acetate, bischofite, ferrochrome lignosulfonate, defoamer, barite, vegetable oil waste, water, potassium aluminate, nanodispersed copper, characterized in that it additionally contains potassium formate, calcium chloride and magnesium chloride in the following ratio, wt.%: marble chips - 5-10, polyanionic cellulose - 5-10, sulfonic acid - 2-5, potassium chloride - 2 -5, potassium methyl siliconate - 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, nano-dispersed copper - 0.5-4, potassium formate - 1-5, calcium chloride -1-5, magnesium chloride - 1-5, liquid phase - water and waste obtained in the manufacture of vegetable oils, in the ratio 55/45-80/20 - the rest.

Предложен многофункциональный высококатионно-ингибированный 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 highly cation-inhibited drilling fluid for drilling wells in difficult mining and geological conditions (rocks swell, swell, crumble, differential sticking occurs) is proposed. Areas with such a geological section are found both in the south and in the north of Russia. In field conditions, when the replacement of the solution is associated with the expenditure of a certain time, which leads to complications, the use of the proposed solution is an urgent need, and it is this composition of the solution that will successfully, without geological complications and differential sticking, construct wells for oil and gas.

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 this percentage and by the name of the chemicals that the proposed solution will solve the problem of drilling oil and gas wells, that is, perform its versatility - strengthen the walls of the wells, give high rates of filtration and lubricity, prevent occurrence of differential seizures.

Технический результат - улучшение структурно-реологических, ингибирующих, фильтрационных, 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.EFFECT: improving the structural-rheological, inhibitory, filtration, fixing, lubricating and anti-seize properties of an oil-based drilling fluid while improving the coefficient of recovery of the initial permeability of the reservoir by increasing the inhibitory and water-repellent ability of the fluid filtrate and, as a result, the absence of the formation of troughs and differential sticking in the wellbore, increasing the stability of the wellbore of directional and vertical wells.

Экспериментально, в лабораторных условиях, был проверен синергетиче-ский эффект химреагентов - катионов, носителей ионов К+, Са2+, Mg2+, Cu2+. Установлено, что именно такое сочетание катионов делает буровой раствор высококатионно-ингибированным с высочайшими ингибирующими свойствами.Experimentally, in laboratory conditions, the synergistic effect of chemical reagents - cations, carriers of K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cu 2+ ions was tested. It has been established that it is this combination of cations that makes the drilling fluid highly cation-inhibited with the highest inhibitory properties.

С целью усиления ингибирующего воздействия на глинистые отложения в разрезе скважины, в раствор добавляли ионы К+ (хлористый калий KCl), (ме-тилсиликанат калия CH3SiO2K), (ацетат калия СН3СООК), (алюминат калия K2Al2O4 ⋅ 3H2O), (формиат калия К(НСОО). Повышенное содержание ионов К+ снижает чувствительность глин к гидратации и увлажнению фильтратов бурового раствора.In order to enhance the inhibitory effect on clay deposits in the well section, K + ions (potassium chloride KCl), (potassium methyl silicate CH 3 SiO 2 K), (potassium acetate CH 3 SOOK), (potassium aluminate K 2 Al 2 O 4 ⋅ 3H 2 O), (potassium formate K(HCOO). An increased content of K + ions reduces the sensitivity of clays to hydration and wetting of drilling mud filtrates.

Повышенное содержание ионов Са2+ способствует кальцинированию глин в разрезе скважины. Кальцинирование глин разреза скважины снижает чувствительность к гидратации и к увлажнению фильтратом бурового раствора. Поставщиками ионов Са2+ являются мраморная крошка - СаСО3 и хлорид кальция CaCl2. Повышенная содержание ионов К+ и Са2+ в буровом растворе способствует усиленному ингибированию глин, слагающих разрез скважиныThe increased content of Ca 2+ ions contributes to the calcination of clays in the well section. Calcining the clays of the well section reduces the sensitivity to hydration and to wetting by the drilling fluid filtrate. Suppliers of Ca 2+ ions are marble chips - CaCO 3 and calcium chloride CaCl 2 . The increased content of K + and Ca 2+ ions in the drilling fluid contributes to enhanced inhibition of clays that make up the well section

Повышенное содержание ионов Mg2+ за счет бишофита - MgCl2 ⋅ 6Н2О и хлорида магния - MgCl2 способствует окончательному закреплению глин в стволе скважины и усиливает синергетический эффект поликатионного, высо-коингибированного бурового раствора.The increased content of Mg 2+ ions due to bischofite - MgCl 2 ⋅ 6H 2 O and magnesium chloride - MgCl 2 contributes to the final fixation of clays in the wellbore and enhances the synergistic effect of the polycationic, highly inhibited drilling fluid.

Смешивание в одном растворе нескольких химреагентов, имеющих повышенное содержание ионов К+, Са2+, Mg2+ создает как бы «ударную» группировку способствующую повышенной степени ингибирования стенок скважин, представленными глинистыми отложениями.Mixing in one solution of several chemicals with a high content of K + , Ca 2+ , Mg 2+ ions creates a kind of "shock" grouping that contributes to an increased degree of inhibition of the well walls, represented by clay deposits.

Применение в полевых условиях высококатионного, ингибированного бурового раствора будет способствовать уменьшению затрат времени на осложнения в скважинах, снижению затрат времени на промывку и проработку ствола скважин, и как результат уменьшению времени на ликвидацию дифференциальных прихватов.The use of a highly cationic, inhibited drilling fluid in the field will help reduce the time spent on complications in wells, reduce the time spent on flushing and working out the wellbore, and as a result, reduce the time to eliminate differential sticking.

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, possibly by increasing its fixing effect. In the mechanism of the synergistic effect, the component share of the action of each reagent was confirmed. This is achieved by introducing reagents-inhibitors of clay swelling.

Хлористый калий (КСl) - 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.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 interlayer voids of the crystalline surface of clay minerals, firmly merging their packages, contributing to the interlayer dehydration of clays.

Бишофит (MgCl2 ⋅ 6Н2О) - 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.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 reduce the degree of moistening of clays, while maintaining their stability during drilling.

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.Potassium acetate (CH 3 SOOK) - complements the fixing effect of potassium chloride by affecting the magnitude of structural-adsorption deformations in the clay-liquid system, helping to reduce the swelling fluid content in hydrated clay and stabilize the wellbore.

Кремнийорганическая жидкость (ГКЖ-11) - за счет гидрофобизирующего действия на горные породы снижает увлажняющую способность раствора и предотвращает быстрое развитие гидратации водочувствительных глин.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.

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

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.Potassium methyl siliconate (CH 3 SiO 2 K) - due to the presence of K ions, it complements the fixing effect of the solution, affects the magnitude of structural-adsorption deformations in the clay-liquid system, helps to reduce the swelling fluid content in hydrated clay and stabilize the wellbore.

Алюминат калия (K2Al2O4 ⋅ 3H2O) дополняет крепящее действие калия в растворе, уменьшает величину структурно-адсорбционных деформаций в системе глина-жидкость.Potassium aluminate (K 2 Al 2 O 4 ⋅ 3H 2 O) complements the fixing effect of potassium in solution, reduces the magnitude of structural-adsorption deformations in the clay-liquid system.

Формиат калия К(НСОО) калиевая соль муравьиной кислоты, белый мелкокристаллический порошок. При нагревании водных растворов в присутствии кислорода постепенно образует карбонат калия. Является ингибитором коррозии.Potassium formate K(HCOO) potassium salt of formic acid, white fine crystalline powder. When aqueous solutions are heated in the presence of oxygen, it gradually forms potassium carbonate. It is a corrosion inhibitor.

Хлорид кальция (CaCl2) кальциевая соль соляной кислоты, не ядовит, является пищевой добавкой, плотность 2,15 г/см3, является поставщиком ионов Са2+.Calcium chloride (CaCl 2 ) calcium salt of hydrochloric acid, non-toxic, is a food additive, density 2.15 g/cm 3 , is a supplier of Ca 2+ ions .

Хлорид магния (MgCl2) неорганическое химическое соединение, соль соляной кислоты и магния. Хорошо растворяется в воде, не токсичен, не горюч, пожаро- и взрывобезопасен, пищевая добавка, плотность 2,32 г/см3.Magnesium chloride (MgCl 2 ) is an inorganic chemical compound, salt of hydrochloric acid and magnesium. It dissolves well in water, non-toxic, non-flammable, fire and explosion-proof, food additive, density 2.32 g/cm 3 .

Нанодисперсная медь (CuSO4) добавка в буровой раствор, способствующая уменьшению риска возникновения дифференциальных прихватов (известен химреагент как медный купорос).Nanodispersed copper (CuSO 4 ) is an additive to the drilling fluid that helps reduce the risk of differential sticking (the chemical is known as copper sulphate).

Мраморная крошка (СаСО3) является структурообразователем и поставщиком ионов Са2+ в буровом растворе.Marble chips (СаСО 3 ) is a structurant and a supplier of Ca 2+ ions in the drilling fluid.

В лабораторных условиях выявлены зависимости пластической вязкости, динамического напряжения сдвига и фильтрации раствора от концентрации в нем применяемых ингибирующих реагентов: бишофит, ацетат калия, ГКЖ-11, метилсиликонат калия, формиат калия, ФХЛС, алюминат калия, хлорид кальция, хлорид магния, хлористый калий. В качестве масел могут использоваться отходы, получаемые при переработке соевого, подсолнечного, хлопнового, кукурузного, рапсового и других масел.In laboratory conditions, dependences of plastic viscosity, dynamic shear stress and filtration of the solution on the concentration of inhibitory reagents used in it were revealed: bischofite, potassium acetate, GKZh-11, potassium methylsiliconate, potassium formate, FHLS, potassium aluminate, calcium chloride, magnesium chloride, potassium chloride . As oils, wastes obtained during the processing of soybean, sunflower, cottonseed, corn, rapeseed and other oils can be used.

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 powder form, highly soluble in water, forming a strong emulsion. Marble crumb is a structure former. Polyanionic cellulose (PAC 85/700) is a filtration regulator. Penta 465 is most often used as a defoamer. Barite, as a weighting agent, is used in an amount from 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 синергетический 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 performs the role of an antifriction antiwear additive in the drilling fluid and, together with synergistically selected chemicals in the solution, solves a joint problem - 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 throughout the wellbore, providing low shear resistance when nanoparticles are located between the drill string and the borehole walls. Therefore, the smaller the particle size of nanodispersed copper, the more the friction coefficient and wear intensity decrease.

Наночастицы обладают собственным электрическим зарядом, который они приобретают в процессе трения буровой колонны о стенки скважины. Под действием электрического поля наночастиц меди формируют оболочки из поляризованных и упорядоченно расположенных 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 walls. Under the action of an electric field, copper nanoparticles form shells of polarized and ordered 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 cover of the wellbore crust. This contributes to their more complete separation.

Наночастицы меди оказывают, при этом, в растворе микроабразивное действие на оксидные пленки, В итоге способствует образованию более прочной и утолщенной корки на стенках скважины. Она не дает отфильтровываться жидкости из раствора в пласт, а это способствует уменьшению вероятности дифференциальных прихватов.At the same time, copper nanoparticles have a microabrasive effect on oxide films in solution. As a result, it contributes to the formation of a stronger and thicker crust on the walls of the well. It does not allow fluid to be filtered from the solution into the formation, and this helps to reduce the likelihood of differential sticking.

В лабораторных условиях было установлено, что присутствие нанодисперсных частиц меди в растворе увеличивает толщину корки до 1,0 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 nanodispersed copper particles in the solution increases the thickness of the crust up to 1.0 mm, that is, more than three times, while it is strengthened due to the chemical modification of copper in the composition of the chemicals 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 have shown that during drilling, liquid-crystal boundary layers are formed on the crust of the well wall. 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 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 (патент №2708849) дополнительно формиата калия, хлорида кальция и двухлористого магния будет способствовать уменьшению трения, липкости, прекращению фильтрации жидкости через корку, повышению ингибирующей составляющей, и, как результат, резкое уменьшение дифференциальных прихватов в процессе бурения скважины.Thus, the addition of potassium formate, calcium chloride and magnesium dichloride to the well-known drilling fluid with high lubricity (patent No. 2708849) will help reduce friction, stickiness, stop fluid filtration through the crust, increase the inhibitory component, and, as a result, sharp reduction of differential sticking during well drilling.

В лабораторных условиях оценено реологическое поведение предлагаемого раствора и установлена совокупность его математических моделей с улучшенными структурнореологическими, фильтрационными и фрикционными свойствами.Under laboratory conditions, the rheological behavior of the proposed solution was evaluated and a set of its mathematical models with improved structural-rheological, filtration and friction properties was established.

Предложен комплексный по свойства многокомпонентный, высокомолекулярный ингибирующий раствор, обладающий очень высокими смазывающими, фильтрационными, крепящими свойствами с качественными реологическими параметрами.A multicomponent, high-molecular inhibiting solution with complex properties is proposed, which has very high lubricating, filtration, fixing properties with high-quality rheological parameters.

Предлагаемый буровой раствор готовится непосредственно в полевых условиях, на имеющемся оборудовании. В растворомешалке сначала готовят раствор из мраморной крошки и воды, который обрабатывается затем полианионной целлюлозой (ПАЦ 85/700). Все остальные химреагенты вводятся в растворомешалку с постоянным перемешиванием. Порядок загрузки химреагентов следующий: отходы, получаемые при изготовлении растительного масла, ФХЛС, хлористый калий, метилсиликонат калия, ацетат калия, сульфонол, бишофит, алюминат калия, нанодисперсная медь, ГКЖ-11, пеногаситель, формиат калия, хлорид кальция, хлорид магния, барит.The proposed drilling fluid is prepared directly in the field, using existing equipment. In a mortar mixer, a solution is first prepared from marble chips and water, which is then processed with polyanionic cellulose (PAC 85/700). All other chemicals are introduced into the mortar mixer with constant stirring. The order of loading of chemicals is as follows: waste obtained in the manufacture of vegetable oil, FHLS, potassium chloride, potassium methyl siliconate, potassium acetate, sulfonol, bischofite, potassium aluminate, nanodispersed copper, GKZH-11, defoamer, potassium formate, calcium chloride, magnesium chloride, 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. The drilling fluid must be treated with recommended chemicals after 4-step cleaning. A high-pressure hydraulic disperser 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 mechanism of inhibition is as follows: when inhibitory additives are introduced into the drilling fluid, the physicochemical effect of clay and cation occurs, which replaces free, negatively charged areas in the crystal lattice of clay particles. During cation exchange, previously passive areas of clays are activated. Adsorption of cation-inhibiting reagents on clay particles increases their resistance to moisture, reduces swelling and softening of clays.

Одним из основных условий сохранения устойчивости стенок скважины является обеспечение минимально возможного показателя фильтрации от 1,0 до 0,5 см3/30 мин. Это условие выполняется с помощью полианионной целлюлозы (ПАЦ 85/700).One of the main conditions for maintaining the stability of the well walls is to ensure the lowest possible filtration rate from 1.0 to 0.5 cm 3 /30 min. This condition is met with the help of polyanionic cellulose (PAC 85/700).

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 process of clay softening is played not by the initial moisture, but by the saturation of the drilling mud filtrate under the action of repression on the formation. Loss of drilling fluid filtrate occurs not so much under the action of pressure drop in the well-formation system, but as a result of the physicochemical impact that develops in the clay rock itself. The most optimal, from the point of view of the stability of the well walls, are the cases when osmotic equilibrium is established in the well-formation system, or osmosis is directed from the formation to the well. Despite the fact that in the case of the action of osmosis from the reservoir into the well, a change in the parameters of the drilling fluid occurs, it is much easier to manage it and maintain it within the specified limits than to deal with complications after the wellbore has been destabilized.

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.Therefore, the stability of clays and the reduction in the number of differential sticking will depend on the correctly selected composition of chemicals and, first of all, on the inhibitory, filtration and lubricating composition of the reagents. This is the main problem that needs to be solved.

Применение предлагаемого раствора позволяет бурить интервалы пород, представленные неустойчивыми, высокопластичными, разупрочняющимися глинами, и успешно сооружать вертикальные скважины, а также наклонно направленные и горизонтальные.The use of the proposed solution makes it possible to drill intervals of rocks represented by unstable, highly plastic, softening clays, and successfully construct vertical wells, as well as directional and horizontal ones.

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

Выполненные лабораторные исследования позволили установить, что применение 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.The performed laboratory studies made it possible to establish that the use of just such inhibitors of clay swelling simultaneously in one solution made it possible to achieve a synergistic effect, i.e. strengthening the inhibitory component of the drilling fluid, while each reagent, complementing each other, enhances the fixing properties of the drilling fluid. The complex of reagents works better than each component separately. In addition, due to the selection of chemicals in such a composition, sodium cations are displaced from clay deposits, sodium clay turns into calcium, and this also enhances the inhibitory function, helping to reduce hydration and swelling, reducing bulging, fluidity, collapse and talus of rocks.

Преимущество раствора разработанной рецептуры заключается в том, что в результате взаимодействия его с исследуемыми глинами концентрация ионов возрастает до 19000 и более мг/л. 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 5,9. Таким образом, происходит увеличение количества осмотически 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 ions increases to 19000 or more mg/l. And this leads to an additional improvement in the quality of the solution and indicates that the osmotic process is directed from the reservoir to the well. The presence of potassium and magnesium ions in the solution contributes to the growth of the isotonic coefficient up to 5.9. Thus, there is an increase in the number of osmotically active particles in the solution due to the dissociation of the electrolyte.

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

При бурении разведочной скважины на объектах буровых работ Ростовской области доказано улучшение крепящих свойств раствора за счет синергетического эффекта от действия предлагаемых компонентов.When drilling an exploratory well at drilling sites in the Rostov region, it was proved that the fixing properties of the solution improved due to the synergistic effect of the action of the proposed components.

Выполненные исследования позволили сделать следующие выводы:The performed research allowed 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 сланцами1) the use of this solution makes it possible to successfully construct exploration wells for oil and gas with a depth of more than 3000 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 components of the solution has been experimentally confirmed - the complex of reagents works better than each component separately;

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 near-wellbore space, reduces vugginess,

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 is shown that the proposed solution has improved lubricating and anti-stick properties with significant energy-saving performance and a sufficient level of environmental safety of all additives, while reducing the risk of differential sticking, improving the rheological profile of the velocities of the flushing fluid in the annulus and increasing the stability of the emulsion. This contributes to the efficient execution of the 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 an optimal ratio of components, a synergistic increase in the effectiveness of the inhibitory, filtration, lubricating, anti-seize and anti-wear effects of the individual components occurs, while the solution retains its properties at temperatures up to 130°C.

Предложен комплексный по свойствам, многокомпонентный, высокомолекулярный, высококатионно-ингибированный буровой раствор с высокими антиприхватными, ингибирующими, фильтрационными, крепящими 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 1,0 мм, плотность раствора от 1,1 до 1,25 г/см 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 ионов Са2+ больше 16000 мг/л, содержание ионов К+ больше 19000 мг/л.A multicomponent, high-molecular, highly cation-inhibited drilling fluid with high anti-stick, inhibitory, filtration, fixing and lubricating properties is proposed. , friction coefficient less than 0.1, crust thickness less than 1.0 mm, solution density from 1.1 to 1.25 g / cm , SNS 1/10 minutes - 15-20/20-30 dPa, sand content is less than 0.5%, the content of Ca 2+ ions is more than 16000 mg/l, the content of K + ions is more than 19000 mg/l.

Выполненные экспериментальные исследования (табл. 1) показали, что лучшим высококатионно-ингибирующим буровым раствором оказался раствор №8The performed experimental studies (Table 1) showed that the best highly cation-inhibiting drilling fluid turned out to be mud No. 8

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Высококатионно-ингибированный буровой раствор для бурения скважин, включающий мраморную крошку, полианионную целлюлозу, хлористый калий, кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11, сульфонол, метилсиликонат калия, алюминат калия, ацетат калия, бишофит, феррохромлигносульфонат, нанодисперсную медь, пеногаситель, барит, отходы, получаемые при изготовлении растительных масел, и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит формиат калия, хлорид кальция и хлорид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%: мраморная крошка 5-10; полианионная целлюлоза 5-7; сульфонол 2-5; хлористый калий 2-5; метилсиликонат калия 1-4; ацетат калия 1,5-4; бишофит 2-5; формиат калия 1-5; феррохромлигносульфонат 1-5; ГКЖ-11 2-5; барит 0,5-5; пеногаситель Пента 465 0,5-1; алюминат калия 1-5; хлорид кальция 1-5; нанодисперсная медь 0,5-4; хлорид магния 1-5; жидкая фаза - вода и отходы, получаемые при изготовлении растительных масел, в соотношении 55/45-80/20 - остальное.Highly cationic-inhibited drilling fluid for drilling wells, including marble chips, polyanionic cellulose, potassium chloride, organosilicon liquid GKZH-11, sulfonic acid, potassium methyl siliconate, potassium aluminate, potassium acetate, bischofite, ferrochrome lignosulfonate, nanodispersed copper, defoamer, barite, waste products obtained in the manufacture of vegetable oils, and water, characterized in that it additionally contains potassium formate, calcium chloride and magnesium chloride in the following ratio, wt.%: marble chips 5-10; polyanionic cellulose 5-7; sulfonic acid 2-5; potassium chloride 2-5; potassium methyl siliconate 1-4; potassium acetate 1.5-4; bischofite 2-5; potassium formate 1-5; ferrochrome lignosulfonate 1-5; GKZH-11 2-5; barite 0.5-5; defoamer Penta 465 0.5-1; potassium aluminate 1-5; calcium chloride 1-5; nanodispersed copper 0.5-4; magnesium chloride 1-5; liquid phase - water and waste obtained in the manufacture of vegetable oils, in a ratio of 55/45-80/20 - the rest.
RU2021114831A 2021-05-24 2021-05-24 High-cation-inhibited drilling mud RU2768340C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021114831A RU2768340C1 (en) 2021-05-24 2021-05-24 High-cation-inhibited drilling mud

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021114831A RU2768340C1 (en) 2021-05-24 2021-05-24 High-cation-inhibited drilling mud

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768340C1 true RU2768340C1 (en) 2022-03-23

Family

ID=80819243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021114831A RU2768340C1 (en) 2021-05-24 2021-05-24 High-cation-inhibited drilling mud

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768340C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114958314A (en) * 2022-07-13 2022-08-30 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 Composite base fluid and preparation method and application thereof

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
RU2255105C1 (en) * 2004-01-12 2005-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "ПермНИПИнефть" Method of preparing emulsion drilling mud based on polysaccharide polymer
RU2303047C1 (en) * 2006-05-10 2007-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Буровая компания ОАО "ГАЗПРОМ" (ООО "БУРГАЗ") Highly inhibited drilling
RU2582197C1 (en) * 2015-03-25 2016-04-20 Александр Александрович Третьяк Drilling mud
RU2710654C1 (en) * 2019-04-03 2019-12-30 Александр Александрович Третьяк Highly inhibited invert drilling agent

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
RU2255105C1 (en) * 2004-01-12 2005-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "ПермНИПИнефть" Method of preparing emulsion drilling mud based on polysaccharide polymer
RU2303047C1 (en) * 2006-05-10 2007-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Буровая компания ОАО "ГАЗПРОМ" (ООО "БУРГАЗ") Highly inhibited drilling
RU2582197C1 (en) * 2015-03-25 2016-04-20 Александр Александрович Третьяк Drilling mud
RU2710654C1 (en) * 2019-04-03 2019-12-30 Александр Александрович Третьяк Highly inhibited invert drilling agent

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114958314A (en) * 2022-07-13 2022-08-30 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 Composite base fluid and preparation method and application thereof
CN114958314B (en) * 2022-07-13 2023-11-10 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 Composite base liquid and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2524017B1 (en) Treatment fluids for wetting control of multiple rock types and associated methods
AU2008216500B2 (en) Silicate-based wellbore fluid and methods for stabilizing unconsolidated formations
RU2303047C1 (en) Highly inhibited drilling
CN103555301B (en) A kind of high density KCOOH drilling fluid
MX2013003841A (en) Graphene-based material for shale stabilization and method of use.
JP2021501826A (en) Drilling fluid composition and method
EA026696B1 (en) Method of removing filter cake at low temperature (embodiments)
CN101200631A (en) Method for preparing high-performance filming water-base drilling fluid
RU2582197C1 (en) Drilling mud
Awele Investigation of additives on drilling mud performance with" tønder geothermal drilling" as a case study
Mohammadi et al. Insights into the pore-scale mechanisms of formation damage induced by drilling fluid and its control by silica nanoparticles
RU2768340C1 (en) High-cation-inhibited drilling mud
Nutskova et al. Research of oil-based drilling fluids to improve the quality of wells completion
CN101918509A (en) Drilling fluid additive and methods of stabilizing kaolinite fines migration
RU2710654C1 (en) Highly inhibited invert drilling agent
RU2601635C1 (en) Polymer-based drilling mud for well construction
RU2516400C1 (en) Alum-gypsum-potassium drill mud and method of its production
RU2386656C1 (en) Drilling fluid for well construction in difficult conditions, mainly for drilling extended-reach wells and horizontal wells
Liao et al. Adsorption characteristics of PHPA on formation solids
CN113583639A (en) Drilling fluid system for deep well drilling and preparation method thereof
RU2708849C1 (en) Nanostructured high-inhibited drilling fluid
RU2541666C1 (en) Mud fluid for stabilisation of mud shale
Dai et al. Drilling fluid chemistry
RU2768357C1 (en) Emulsion-inhibited reverse-invert drilling mud
US11535786B2 (en) Methods for wellbore strengthening