RU2105782C1

RU2105782C1 - Drilling mud

Info

Publication number: RU2105782C1
Application number: RU96106807A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Кашкаров; Н.Н. Верховская; Н.Е. Юшкова; А.И. Козубовский; В.И. Вяхирев; А.Ф. Усынин
Original assignee: Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: drilling wells. SUBSTANCE: WATER-BASED drilling mud used when opening up formation contains, wt. -%: special type of acrylic polymer, 0.30-0.35; sodium tripolyphosphate, 0.50-0.70; and, additionally, hydrolysis lignin, 5-7; and weighting agent, 23.2- 21.3. EFFECT: improved performance characteristics. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности, к составам буровых растворов на водной основе, применяемым для вскрытия пласта. The invention relates to the field of drilling, in particular, to compositions of drilling fluids, water-based, used for opening the formation.

Качество вскрытия продуктивных пластов может быть повышено за счет сведения к минимуму ухудшения их коллекторских свойств путем применения соответствующих буровых растворов. Оптимальными в этом отношении являются инвертно-эмульсионные буровые растворы [1] Однако их применение тормозится экологической и пожароопасностью, нетехнологичностью использования. По современным представлениям использование при вскрытии продуктивных пластов воды или глинистых растворов (даже с малой фильтрацией) в качестве промывочного агента приводит к интенсивным поглощениям, что существенно ухудшает коллекторские свойства пласта и, следовательно, снижает дебит скважины. Поэтому перспективным может оказаться применение в качестве промывных агентов буровых растворов, образующих тонкую прочную фильтрационную корку очень низкой проницаемости, которая может быть удалена дальнейшим растворением в HCl. Такая фильтрационная корка надежно защищает пласт от загрязнения. The opening quality of productive formations can be improved by minimizing the deterioration of their reservoir properties through the use of appropriate drilling fluids. Optimal in this regard are invert emulsion drilling fluids [1] However, their use is hindered by environmental and fire hazard, low-tech use. According to modern concepts, the use of water or clay solutions (even with low filtration) when opening productive formations as a flushing agent leads to intensive absorption, which significantly affects the reservoir properties of the formation and, therefore, reduces the flow rate of the well. Therefore, it may be promising to use drilling fluids as washing agents that form a thin, strong filter cake of very low permeability, which can be removed by further dissolution in HCl. Such a filter cake reliably protects the formation from contamination.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому буровому раствору является раствор, содержащий воду, глину, полиакрилонитрил "Унифлок", триполифосфат натрия [2] Этот раствор имеет низкое значение фильтрации, но содержит значительное количество твердой фазы (глины 19 20%), которая может необратимо загрязнять пласт, т.е. корка имеет достаточную проницаемость, к недостаткам раствора-прототипа также можно отнести значительный расход химреагентов, которые поддерживают фильтрацию на низком уровне. The closest in technical essence to the claimed drilling fluid is a solution containing water, clay, Uniflock polyacrylonitrile, sodium tripolyphosphate [2] This solution has a low filtration value, but contains a significant amount of solid phase (clay 19 20%), which may be irreversibly contaminate the formation, i.e. the crust has sufficient permeability, the disadvantages of the prototype solution can also be attributed to a significant consumption of chemicals that maintain filtration at a low level.

Задачей изобретения является создание бурового раствора без глинистой фазы с непроницаемой фильтрационной коркой, которая может быть удалена растворением в HCl и меньшим расходом реагентов, как следствие, сохранением коллекторских свойств продуктивного пласта. The objective of the invention is to create a drilling fluid without a clay phase with an impermeable filter cake, which can be removed by dissolution in HCl and lower consumption of reagents, as a result, maintaining the reservoir properties of the reservoir.

Решение задачи достигается тем, что буровой раствор, содержащий воду, акриловый полимер "Унифлок", триполифосфат натрия, отличается тем, что он дополнительно содержит гидролизный лигнин и утяжелитель ЖРК-1 при следующем соотношении компонентов, мас. The solution is achieved in that the drilling fluid containing water, acrylic polymer "Uniflock", sodium tripolyphosphate, characterized in that it additionally contains hydrolysis lignin and weighting agent LRK-1 in the following ratio of components, wt.

Акриловый полимер "Унифлок" 0,30 0,35
Триполифосфат натрия 0,50 0,70
Гидролизный лигнин 5 7
Утяжелитель ЖРК-1 23,20 21,30
Вода Остальное
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый буровой раствор отличается от известного тем, что вместо глины содержит гидролизный лигнин и утяжелитель ЖРК-1, а в количественное соотношение акрилового полимера и триполифосфата натрия не совпадает с их соотношением в известном растворе. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".Acrylic polymer "Uniflock" 0.30 0.35
Sodium Tripolyphosphate 0.50 0.70
Hydrolytic lignin 5 7
Weighting device ZhRK-1 23.20 21.30
Water Else
Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed drilling fluid differs from the known one in that instead of clay it contains hydrolysis lignin and weighting agent LRK-1, and the quantitative ratio of acrylic polymer and sodium tripolyphosphate does not coincide with their ratio in the known solution. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

В предлагаемом изобретении заявляемый состав ингредиентов раствора, в заявляемом соотношении, позволяет получить буровой раствор с удовлетворительными технологическими параметрами. Важное влияние компонентов друг на друга, их синергетическое действие в данном составе приводит к созданию рецептуры, дающей тонкую, прочную и непроницаемую корку, препятствующую проникновению раствора в пласт. В дальнейшем эта корка может быть удалена растворением в кислоте (растворимость в HCl при 70^oC до 75%). Таким образом, заявляемый состав придает буровому раствору новые качества, что позволяет сделать вывод об изобретательском уровне.In the present invention, the claimed composition of the ingredients of the solution, in the claimed ratio, allows to obtain a drilling fluid with satisfactory technological parameters. An important influence of the components on each other, their synergistic effect in this composition leads to the creation of a formulation that gives a thin, strong and impenetrable crust, preventing the penetration of the solution into the reservoir. In the future, this crust can be removed by dissolution in acid (solubility in HCl at 70 ^o C to 75%). Thus, the claimed composition gives the drilling fluid new qualities, which allows us to conclude about the inventive step.

Гидролизный лигнин является отходом при производстве спирта из древесины и различных растительных отходов. С химической точки зрения он представляет собой сшитый полимер со сложной трехмерной структурой и высокой молекулярной массой (~ 10000). Молекула лигнина содержит активные функциональные группы: карбоксильные, карбонильные, фенольные и энольные гидрооксилы, метаксильные и спиртовые группы на фоне хроматической структуры. При приготовлении заявляемого состава использован лигнин Тавдинского гидролизного завода с влажностью около 60% Основным назначением лигнина в заявляемом составе является образование тонкой непроницаемой фильтрационной корки, защищающей пласт от загрязнения, и создание структуры бурового раствора. Hydrolytic lignin is a waste in the production of alcohol from wood and various plant wastes. From a chemical point of view, it is a cross-linked polymer with a complex three-dimensional structure and high molecular weight (~ 10000). The lignin molecule contains active functional groups: carboxyl, carbonyl, phenolic and enolic hydroxyls, metaxyl and alcohol groups against a background of chromatic structure. In the preparation of the inventive composition, the lignin of the Tavda hydrolysis plant with a humidity of about 60% was used. The main purpose of the lignin in the inventive composition is the formation of a thin impermeable filter cake that protects the formation from pollution, and the creation of the structure of the drilling fluid.

Утяжелитель ЖРК-1 получают из титаномагниевых руд на Качканарском ГОК по ТУ 0803-21-0158754-95. ЖРК-1 выполняет функцию утяжелителя бурового раствора, минимально воздействующего на продуктивный пласт. Кроме того, ЖРК-1 в данной рецептуре снижает поверхностную активность лигнина, т.е. противодействует пенообразованию. ZhRK-1 weighting compound is obtained from titanium-magnesium ores at Kachkanarsky GOK according to TU 0803-21-0158754-95. ZhRK-1 performs the function of a weighting agent of a drilling fluid that minimally affects the reservoir. In addition, LRK-1 in this formulation reduces the surface activity of lignin, i.e. counteracts foaming.

Триполифосфат натрия (ТПФН) в предлагаемом изобретении помимо функции синергетического усиления стабилизирующего действия акрилового полимера способствует повышению pH системы и, как следствие, улучшению ионообменной способности лигнина. Использован ТПФН по ГОСТ 13493 86Е. Sodium tripolyphosphate (TPPN) in the present invention, in addition to the function of synergistic enhancement of the stabilizing effect of the acrylic polymer, contributes to an increase in the pH of the system and, as a result, to an improvement in the ion-exchange ability of lignin. Used TPFN in accordance with GOST 13493 86E.

"Унифлок" порошкообразный акриловый полимер высокой молекулярной массы, получаемый в ПО "Навоиазот". Имеет длинную линейную молекулу, формулу которого приблизительно можно записать следующим образом:

Акриловый полимер в сочетании с ТПФН выступает в роли стабилизатора системы бурового раствора, в то же время щелочная реакция полимера способствует пептизации лигнинового компонента, его диспергированию, снижению пенообразования. Для приготовления заявляемого бурового раствора использован "Унифлок" (партия 58У) со следующими свойствами:
Молекулярная масса 3,5•10⁷
Кинематическая вязкость 1%-ного водного раствора 180 сСт
pH 1%-ного водного раствора 12,35
Для экспериментальной проверки заявляемого бурового раствора в лабораторных условиях были приготовлены пять составов (табл. 1). Технология их приготовления сводится к следующему: расчетное количество лигнина оставляется для гидратации на 24 ч в воде с добавкой ТПФН, затем в смесь вводятся Унифлок и ЖРК-1 и перемешиваются в течение одного часа в миксере "Воронеж" со скоростью около 3000 об/мин, после чего замеряются технологические параметры получаемых растворов на стандартных приборах. Аналогичным образом приготовлен раствор прототипа. Результаты представлены в табл. 1. Проницаемость фильтрационной корки, сформированной на приборе ВМ-6, определяется расчетным путем при фильтрации дистиллированной воды через нее по формуле

где
K'' проницаемость, дарси или мкм;
U объем фильтрата за время t, см³/с;
η абсолютная вязкость фильтрата, сП;
DI толщина глинистой корки, см;
F фильтрующая поверхность, см²;
ΔP перепад давления, кг/см².Uniflock is a high molecular weight powdery acrylic polymer produced by Navoiazot. It has a long linear molecule, the formula of which can be roughly written as follows:

The acrylic polymer in combination with TPPF acts as a stabilizer of the drilling fluid system, while the alkaline reaction of the polymer contributes to the peptization of the lignin component, its dispersion, and the reduction of foaming. For the preparation of the inventive drilling fluid used "Uniflock" (batch 58U) with the following properties:
Molecular Weight 3.5 • 10 ⁷
Kinematic viscosity of a 1% aqueous solution of 180 cSt
pH of a 1% aqueous solution of 12.35
For experimental verification of the inventive drilling fluid in laboratory conditions were prepared five compositions (table. 1). The technology for their preparation is as follows: the calculated amount of lignin is left for hydration for 24 hours in water with the addition of TPFN, then Uniflock and ZhRK-1 are introduced into the mixture and mixed for one hour in the Voronezh mixer at a speed of about 3000 rpm, after which the technological parameters of the resulting solutions are measured on standard instruments. Similarly prepared a solution of the prototype. The results are presented in table. 1. The permeability of the filter cake formed on the device BM-6 is determined by calculation when filtering distilled water through it according to the formula

Where
K '' permeability, darcy or microns;
U is the filtrate volume over time t, cm ³ / s;
η absolute viscosity of the filtrate, cP;
DI clay cake thickness, cm;
F filtering surface, cm ² ;
ΔP differential pressure, kg / cm ² .

Смазочные свойства раствора оценивались на приборе ФСК-2 (Уфимский нефтяной институт), а противоизносные на машине трения МТ-2 (также этого института). The lubricating properties of the solution were evaluated on a device FSK-2 (Ufa Petroleum Institute), and antiwear on a friction machine MT-2 (also from this institute).

Анализ табл. 1 показывает, что оптимальные значения технологических параметров: наименьшая проницаемость фильтрационной корки, ее толщина и наибольшая растворимость получаются при следующем соотношении компонентов, мас. Table analysis 1 shows that the optimal values of the technological parameters: the lowest permeability of the filter cake, its thickness and the highest solubility are obtained with the following ratio of components, wt.

Гидролизный лигнин 5 7
Унифлок 0,30 0,35
ТПФН 0,50 0,70
ЖРК-1 23,20 21,30
Вода Остальное
Проницаемость глинистой корки раствора прототипа имеет значение большее, чем у заявляемого состава, при значительно меньшем расходе реагентов. Растворение получаемой фильтрационной корки в течение 12 ч при 70^oC в 10%-ной HCl показывает, что заявляемый состав бурового раствора формирует фильтрационную корку, способную на 73 75% растворяться в HCl, фильтрационная корка раствора прототипа способна растворяться лишь на 25% Заявляемый состав раствора и раствор прототипа имеют одинаковую смазочную способность (коэффициент трения глинистой корки по ФСК-2 0,2 0,25) (см. табл. 2). Противоизносные характеристики приводятся в табл. 2. При всех исследованных нагрузках раствор прототипа уступает в 2 3 раза несмотря на то, что содержит утяжелитель.Hydrolytic lignin 5 7
Uniflock 0.30 0.35
TPFN 0.50 0.70
ZhRK-1 23.20 21.30
Water Else
The permeability of the clay crust of the solution of the prototype matters more than that of the claimed composition, with a significantly lower consumption of reagents. The dissolution of the resulting filter cake for 70 hours at 70 ^° C. in 10% HCl shows that the inventive drilling fluid composition forms a filter cake that is 73 to 75% soluble in HCl, the filter cake of the prototype solution is capable of dissolving only 25%. the solution and the solution of the prototype have the same lubricity (coefficient of friction of the clay crust according to FSK-2 0.2 0.25) (see table. 2). Anti-wear characteristics are given in table. 2. With all the studied loads, the prototype solution is inferior to 2 3 times in spite of the fact that it contains a weighting agent.

Claims

Drilling fluid for drilling the formation containing water, acrylic polymer "Uniflock", sodium tripolyphosphate, characterized in that it additionally contains hydrolysis lignin and weighting agent LRK-1 in the following ratio of components, wt.

Acrylic polymer "Uniflock" 0.30 0.35
Sodium Tripolyphosphate 0.50 0.70
Hydrolytic lignin 5 7
Weighting device ZhRK-1 23.20 21.30
Water Else