RU2327726C2 - Thin clay drilling mud - Google Patents

Abstract

FIELD: well drilling; drilling mud.

SUBSTANCE: thin clay drilling mud contains, in mass percent: 2.0-3.0 of bentonitic clay, 0.1-0.15 of carboxymethyl cellulose, 1.0-2.0 of starch, 1.0-5.0 of the reagent for resistivity control - propylene pentamers, 5.0-8.0 of carbonate weighting agent,0.1-0.5 of lubricating additive Lubriol W, remaining - water.

EFFECT: solution quality is improved due to increased resistivity at high temperature while positive filtration, structural-mechanical and rheological properties of solution are preserved.

2 tbl

Description

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к буровым растворам на водной основе, используемым для бурения продуктивных пластов и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин.The invention relates to the field of drilling, namely, water-based drilling fluids used for drilling productive formations and geophysical studies of oil and gas wells.

Бурение на глинистых растворах осложняется тем, что повышенное содержание глинистых частиц в буровом растворе может привести к адгезионному взаимодействию с поверхностями стенок ствола и бурильных труб и, как следствие, к различным осложнениям процесса бурения, а также к ухудшению качества вскрытия продуктивных пластов. Бурение на малоглинистых буровых растворах способствует улучшению показателей работы долот и в целом улучшает технико-экономические показатели бурения. В то же время за счет несложной декольматации продуктивного пласта применением кислотной обработки удается лучше сохранить коллекторские характеристики продуктивных пластов, сократить время освоения и повысить продуктивность скважин.Clay drilling is complicated by the fact that the increased content of clay particles in the drilling fluid can lead to adhesive interaction with the surfaces of the walls of the barrel and drill pipes and, as a result, to various complications of the drilling process, as well as to a deterioration in the quality of opening of reservoirs. Drilling on low clay drilling fluids improves the performance of bits and generally improves the technical and economic performance of drilling. At the same time, due to the simple decolmation of the reservoir, using acid treatment, it is possible to better maintain the reservoir characteristics of the reservoir, reduce the development time and increase the productivity of the wells.

Недостатком малоглинистых буровых растворов является невысокая седиментационная устойчивость их, особенно при повышенных температурах, и высокая водоотдача, что отрицательно сказывается на состоянии коллекторов продуктивных пластов, снижая их продуктивность.The disadvantage of low-clay drilling fluids is their low sedimentation stability, especially at elevated temperatures, and high water loss, which negatively affects the state of reservoirs of productive formations, reducing their productivity.

При проведении геофизических исследований в скважине необходимо, чтобы удельное электрическое сопротивление бурового раствора в скважине было не ниже 0,2 Ом·м. Иначе невозможно проведение каротажных методов, что приводит к значительной потере информации и затрудняет выдачу заключения о наличии в разрезе пород-коллекторов и характере их насыщения. Удельное электрическое сопротивление в растворе определяется концентрацией солей в растворе, их химическим составом и температурой. С повышением температуры увеличивается подвижность ионов, что обуславливает снижение показателя удельного электрического сопротивления.When conducting geophysical studies in the well, it is necessary that the resistivity of the drilling fluid in the well be at least 0.2 Ohm · m. Otherwise, it is impossible to carry out logging methods, which leads to a significant loss of information and makes it difficult to issue a conclusion about the presence of reservoir rocks in the section and the nature of their saturation. The electrical resistivity in a solution is determined by the concentration of salts in the solution, their chemical composition and temperature. With increasing temperature, the mobility of ions increases, which leads to a decrease in the specific electrical resistance.

Кроме того, при бурении продуктивных пород к буровому раствору предъявляются более жесткие требования по ограничению фильтрации бурового раствора в пласт и качеству фильтрата, который бы в минимальной степени снижал первоначальную проницаемость пласта по нефти.In addition, when drilling productive rocks, more stringent requirements are imposed on the drilling fluid to limit the filtration of the drilling fluid into the formation and the quality of the filtrate, which would minimize the initial oil permeability of the formation.

Известен буровой раствор, близкий по своей технической сущности к предлагаемому, содержащий в своем составе бентонитовую глину, лигно-сульфонатный разжижитель, термосолестойкий акриловый сополимер, аммонийную соль фосфорной кислоты и воду (патент РФ №1451155 от 08.10.86 г.). Буровой раствор относится к малоглинистым и имеет значения показателя удельного электрического сопротивления при повышенных температурах выше рекомендуемых значений, необходимых для проведения геофизических исследований. Недостатком известного бурового раствора являются высокие значения показателя фильтрации, что не позволяет использовать его в продуктивных коллекторах.A well-known drilling fluid, close in technical essence to the proposed one, containing bentonite clay, ligno-sulfonate thinner, heat-resistant acrylic copolymer, ammonium salt of phosphoric acid and water (RF patent No. 1451155 from 08.10.86). Drilling mud is classified as clayey and has a specific electrical resistivity value at elevated temperatures above the recommended values required for geophysical surveys. A disadvantage of the known drilling fluid is the high values of the filtration rate, which does not allow its use in productive reservoirs.

Известен буровой раствор, близкий по своему составу к предлагаемому и взятый за прототип. Буровой раствор включает в своем составе композицию реагентов, направленных на снижение коэффициента фильтрации и увеличение коэффициента восстановления проницаемости по нефти, содержащий глину, крахмал, КМЦ, минерализатор и пресную воду, дополнительно содержит карбонат кальция, а в качестве минерализатора - минерализованную пластовую воду с плотностью 1,10-1,16 г/см³ общей минерализации 180-250 г/л (патент РФ №2103312 от 27.01.98 г.). Недостатком известного бурового раствора являются низкие значения показателя удельного электрического сопротивления из-за повышенного содержания солей в растворе, что приводит к невозможности проведения электрокаротажных исследований. Цель изобретения - улучшение качества раствора за счет повышения удельного электрического сопротивления при повышенной температуре при одновременном сохранении положительных фильтрационных, структурно-механических и реологических свойств раствора.Known drilling fluid, similar in composition to the proposed and taken as a prototype. The drilling fluid includes a composition of reagents aimed at reducing the filtration coefficient and increasing the recovery coefficient of oil permeability, containing clay, starch, CMC, mineralizer and fresh water, additionally contains calcium carbonate, and mineralized formation water with a density of 1 as a mineralizer , 10-1.16 g / cm ³ total mineralization 180-250 g / l (RF patent No. 2103312 from 01/27/98). A disadvantage of the known drilling fluid is the low electrical resistivity due to the high salt content in the solution, which makes it impossible to conduct electrical logging studies. The purpose of the invention is to improve the quality of the solution by increasing the electrical resistivity at elevated temperature while maintaining the positive filtration, structural-mechanical and rheological properties of the solution.

Поставленная цель достигается тем, что малоглинистый буровой раствор для бурения продуктивных пластов и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин содержит глину бентонитовую, карбоксиметилцеллюлозу термостабильную, крахмал, реагент для регулирования удельного электрического сопротивления и воду, отличающийся тем, что в качестве реагента для регулирования удельного электрического сопротивления содержит пентамеры пропилена и дополнительно содержит карбонатный утяжелитель, смазочную добавку при следующем содержании компонентов, мас.%:This goal is achieved in that the low-clay drilling fluid for drilling productive formations and geophysical studies of oil and gas wells contains bentonite clay, carboxymethyl cellulose thermostable, starch, a reagent for regulating electrical resistivity and water, characterized in that as a reagent for regulating specific electrical resistivity contains propylene pentamers and additionally contains a carbonate weighting agent, a lubricant additive with the following content of components, wt.%:

Глина бентонитоваяClay bentonite 2,0-3,02.0-3.0 Карбоксиметилцеллюлоза термостабильнаяThermostable Carboxymethyl Cellulose 0,1-0,150.1-0.15 КрахмалStarch 1,0-2,01.0-2.0 Пентамеры пропиленаPropylene Pentamers 1,0-5,01.0-5.0 Карбонатный утяжелительCarbonate weighting compound 5,0-8,05.0-8.0 Смазочная добавкаLubricant additive 0,1-0,50.1-0.5 ВодаWater ОстальноеRest

Введение пентамеров пропилена приводит к повышению показателя удельного электрического сопротивления и снижению показателя фильтрации за счет частичного эмульгирования водной фазы, при этом не ухудшаются структурно-механические и реологические свойства раствора. Указанный реагент хорошо сочетается со всеми функциональными добавками, входящими в буровой раствор.The introduction of propylene pentamers leads to an increase in the electrical resistivity index and a decrease in the filtration index due to partial emulsification of the aqueous phase, while the structural-mechanical and rheological properties of the solution do not deteriorate. The specified reagent is well combined with all functional additives included in the drilling fluid.

Для получения необходимых свойств, отвечающих поставленной задаче, производили подбор реагентов таким образом, чтобы при их минимальном содержании в сочетании с другими реагентами наблюдалось синергетическое взаимодействие, за счет которого получали раствор с заданными стабильными свойствами при повышенной температуре.To obtain the necessary properties that meet the task, reagents were selected in such a way that, at their minimum content, in combination with other reagents, a synergistic interaction was observed, due to which a solution was obtained with the desired stable properties at elevated temperature.

Реагенты, входящие в состав заявляемого бурового раствора, обеспечивают ему следующие свойства:The reagents that make up the inventive drilling fluid, provide him with the following properties:

- глина бентонитовая используется в качестве структурообразователя и регулятора тиксотропных свойств бурового раствора (повышение удерживающей и транспортирующей способности);- bentonite clay is used as a builder and a regulator of the thixotropic properties of the drilling fluid (increasing retention and transporting ability);

- карбоксиметилцеллюлоза термостабильная обеспечивает снижение показателя фильтрации при одновременной стабилизации и регулировании реологических показателей бурового раствора, придает термо- и солестойкость.- thermostable carboxymethyl cellulose provides a decrease in the filtration rate while stabilizing and regulating the rheological parameters of the drilling fluid, and gives heat and salt resistance.

Инкапсулирующие свойства реагента ингибируют набухание глин, снижают накопления твердой фазы в растворе и способствуют стабилизации стенок скважины.The encapsulating properties of the reagent inhibit clay swelling, reduce the accumulation of solid phase in the solution and help to stabilize the walls of the well.

- Крахмал обеспечивает эффективное снижение фильтрации бурового раствора в пласт.- Starch provides an effective reduction in mud filtration.

- Пентамеры пропилена повышают удельное электрическое сопротивление, частично гидрофобизуют породу, при этом облегчается вызов притока нефти.- Propylene pentamers increase the electrical resistivity, partially hydrophobize the rock, while facilitating the flow of oil.

- Для повышения плотности бурового раствора в него может быть введено расчетное количество кислоторастворимого карбонатного утяжелителя (например, мелкодисперсного мела),- To increase the density of the drilling fluid, a calculated amount of acid-soluble carbonate weighting agent (for example, finely divided chalk) can be introduced into it,

- Для улучшения смазывающей способности с целью предупреждения прихватов бурового инструмента в буровой раствор вводится смазка.- To improve lubricity in order to prevent sticking of the drilling tool, lubricant is introduced into the drilling fluid.

Достигаемый эффект обеспечивается комплексным воздействием всех компонентов, входящих в состав заявляемого малоглинистого бурового раствора.The achieved effect is ensured by the complex effect of all the components that make up the inventive low clay drilling mud.

Из существующего уровня техники нам не известно, что компоненты, входящие в состав заявляемого малоглинистого бурового раствора в данном сочетании, обеспечивают указанные выше свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «изобретательский уровень».From the current level of technology, we do not know that the components that make up the inventive low clay drilling mud in this combination provide the above properties, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".

При приготовлении заявляемого малоглинистого бурового раствора в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:In the preparation of the inventive low clay drilling mud in laboratory conditions, the following substances were used:

- Глина бентонитовая марки ПБМБ или ПБМВ производства компании ОАО «Хакасский бентонит» (ТУ 39-0147001-105-93);- Bentonite clay grade PBMB or PBMV manufactured by the company OJSC "Khakassky Bentonite" (TU 39-0147001-105-93);

- Карбоксиметилцеллюлоза марки Carboksil THM-S производства компании Lamberti (Италия);- Carboxymethyl cellulose of the Carboksil THM-S brand manufactured by Lamberti (Italy);

- Крахмал химически модифицированный ПСБ (ТУ 6-55-221-1477-97);- Chemically modified starch PSB (TU 6-55-221-1477-97);

- Мел технический производства ОАО "Стройматериалы", г.Белгород (ТУ 21-020350-06-92);- Chalk technical production of JSC "Building Materials", Belgorod (TU 21-020350-06-92);

- Пентамеры пропилена производства ОАО «Нижнекамскнефтехим» (ТУ 2211-020-05766801-2003);- Propylene Pentamers produced by OAO Nizhnekamskneftekhim (TU 2211-020-05766801-2003);

- Смазочная добавка Lubriol марки W (ТУ 2458-001-74138808-06) производства ООО «Техмаш», г.Москва;- Lubriol lubricant additive brand W (TU 2458-001-74138808-06) manufactured by LLC Techmash, Moscow;

- Вода пресная.- The water is fresh.

Способ приготовления малоглинистого бурового раствора заключается в следующем. Например, для приготовления 1000 г раствора необходимо при перемешивании внести 20 г глины бентонитовой в 500 мл воды и дать выдержку для набухания. Полимерные составляющие бурового раствора растворяют в отдельной емкости, для этого при интенсивном перемешивании с помощью механической мешалки в 349 мл воды вносят последовательно 1 г карбоксиметилцеллюлозы и 20 г крахмала. Перемешивание осуществляют до полного растворения реагентов. Далее в приготовленный раствор глины вводят приготовленный раствор полимеров и при перемешивании вносят 60 г мела и 50 г пентамеров пропилена. Перемешивают раствор в течение 20-40 минут и определяют характеристики приготовленного малоглинистого бурового раствора.A method of preparing a low clay mud is as follows. For example, to prepare 1000 g of a solution, it is necessary to add 20 g of bentonite clay to 500 ml of water with stirring and allow exposure to swell. The polymer components of the drilling fluid are dissolved in a separate container, for this, with vigorous stirring using a mechanical stirrer, 1 g of carboxymethyl cellulose and 20 g of starch are successively added to 349 ml of water. Stirring is carried out until the reagents are completely dissolved. Then, the prepared polymer solution is introduced into the prepared clay solution and, with stirring, 60 g of chalk and 50 g of propylene pentamers are added. Stir the solution for 20-40 minutes and determine the characteristics of the prepared low clay drilling mud.

Аналогичным образом готовят растворы с различным соотношением компонентов.Similarly prepare solutions with different proportions of components.

В лабораторных условиях проведены исследования по определению технологических параметров заявляемого бурового раствора в сравнении с прототипом. Измерения основных параметров проводили у буровых растворов свежеприготовленных и после выдержки их при температуре 80°С в течение 12 часов.In the laboratory, studies were conducted to determine the technological parameters of the inventive drilling fluid in comparison with the prototype. The main parameters were measured in freshly prepared drilling fluids and after soaking them at a temperature of 80 ° C for 12 hours.

Оценка основных технологических параметров исследуемых растворов проводилась с помощью стандартных приборов по методикам, описанным в РД 39-00147001-773-2004 «Методики контроля параметров буровых растворов», разработанном в ОАО НПО «Бурение». Показатель удельного электрического сопротивления определяли с помощью измерителя сопротивления фирмы OFITE (OFI Resistivity Meter).Evaluation of the main technological parameters of the studied fluids was carried out using standard instruments according to the methods described in RD 39-00147001-773-2004 “Methods for monitoring the parameters of drilling fluids”, developed at OAO NPO Burenie. The electrical resistivity was determined using an OFITE resistance meter (OFI Resistivity Meter).

В табл.1 приведены данные компонентного состава исследованных растворов, в табл.2 приведены технологические характеристики указанных растворов. Результаты исследований показывают, что предлагаемый буровой раствор позволяет достичь поставленной цели изобретения.Table 1 shows the data on the component composition of the studied solutions, table 2 shows the technological characteristics of these solutions. The research results show that the proposed drilling fluid can achieve the objectives of the invention.

Сравнительный анализ характеристик заявляемого малоглинистого бурового раствора с прототипом показывает, что заявляемый раствор имеет более высокие значения показателя удельного электрического сопротивления, что позволяет его использовать для геофизических исследований скважин, а его фильтрационные характеристики (водоотдача) значительно ниже, что приводит к сохранению коллекторских свойств пласта и предопределяет высокую эффективность его использования в промысловых условиях.A comparative analysis of the characteristics of the inventive low clay drilling mud with the prototype shows that the inventive solution has higher values of specific electrical resistivity, which allows it to be used for geophysical studies of wells, and its filtration characteristics (water loss) are much lower, which leads to the preservation of reservoir properties of the formation and predetermines the high efficiency of its use in fishing conditions.

Таблица 1Table 1 Состав малоглинистого бурового раствораThe composition of the clay mud Наименование компонентовName of components Концентрация, мас.%Concentration, wt.% ПрототипPrototype Раствор №1Solution No. 1 Раствор №2Solution No. 2 Раствор №3Solution No. 3 Раствор №4Solution No. 4 Раствор №5Solution No. 5 Раствор №6Solution No. 6 Глина бентонитоваяClay bentonite 3,03.0 22 22 1one 22 2,52,5 3,03.0 КарбоксиметилцеллюлозаCarboxymethyl cellulose 0,70.7 0,150.15 0,10.1 0,10.1 0,10.1 0,10.1 0,10.1 КрахмалStarch 0,80.8 1,01,0 1,51,5 22 22 22 1,01,0 Пентамеры пропиленаPropylene Pentamers -- 2,02.0 5,05,0 5,05,0 3,03.0 4,04.0 1,01,0 Мелa piece of chalk 6,06.0 6,06.0 7,07.0 6,06.0 6,06.0 5,05,0 8,08.0 Смазочная добавкаLubricant additive -- 0,50.5 0,150.15 0,10.1 0,40.4 0,50.5 0,10.1 Вода с минерализацией 180 г/лMineralized water 180 g / l 1212 -- -- -- -- -- -- Вода преснаяFresh water 77,577.5 88,3588.35 84,2584.25 84,884.8 86,586.5 85,985.9 86,886.8

Таблица 2table 2 Технологические характеристики малоглинистого бурового раствораTechnological characteristics of a clayey drilling mud Наименование показателей The name of indicators Значение показателейThe value of indicators ПрототипPrototype Раствор №1Solution No. 1 Раствор №2Solution No. 2 Раствор №3Solution No. 3 Раствор №4Solution No. 4 Раствор №5Solution No. 5 Раствор №6Solution No. 6 ИсходныйSource После выдержки при Т=80°СAfter exposure at T = 80 ° C ИсходныйSource После выдержки при Т=80°СAfter exposure at T = 80 ° C ИсходныйSource После выдержки при Т=80°СAfter exposure at T = 80 ° C ИсходныйSource После выдержки при Т=80°СAfter exposure at T = 80 ° C ИсходныйSource После выдержки при Т=80°СAfter exposure at T = 80 ° C ИсходныйSource После выдержки при Т=80°СAfter exposure at T = 80 ° C ИсходныйSource После выдержки при Т=80°СAfter exposure at T = 80 ° C Плотность, г/см³ Density, g / cm ³ 1,091.09 1,091.09 1,0731,073 1,0731,073 1,0751,075 1,0751,075 1,0681,068 1,0681,068 1,0551,055 1,0551,055 1,0451,045 1,0451,045 1,0851,085 1,0851,085 рНpH 7,07.0 7,07.0 9,09.0 9,09.0 9,09.0 9,09.0 9,09.0 9,09.0 9,09.0 9,09.0 9,69.6 9,69.6 9,99.9 9,99.9 Условная вязкость, сConditional viscosity, s 2828 2525 3636 3131 3333 30thirty 3232 30thirty 3535 3131 3434 30thirty 3232 2727 Пластическая вязкость, мПа·сPlastic viscosity, MPa · s 25,325.3 21,121.1 17,517.5 16,316.3 1919 17,317.3 15fifteen 13,613.6 1717 14,114.1 19,519.5 19,519.5 20,120.1 17,117.1 Динамическое напряжение сдвига, дПаDynamic shear stress, dPa 54,854.8 51,651.6 66,866.8 61,661.6 6868 6565 64,564.5 61,361.3 66,566.5 62,362.3 76,576.5 70,470,4 77,877.8 72,372.3 Статическое напряжение сдвига 1/10, дПаStatic shear stress 1/10, dPa 4,7/ 6,04.7 / 6.0 0/00/0 3,3/15,83.3 / 15.8 2,3/12,82.3 / 12.8 1/141/14 0/90/9 0/100/10 0/70/7 2,5/18,52.5 / 18.5 1,0/18,51.0 / 18.5 2,5/20,52.5 / 20.5 1,7/17,31.7 / 17.3 4,0/19,14.0 / 19.1 2,5/11,32.5 / 11.3 Водоотдача, см³/30 минWater loss, cm ^3/30 min 5,05,0 8,08.0 4,54,5 5,05,0 4,04.0 4,54,5 4,04.0 4,54,5 4,04.0 5,05,0 4,04.0 5,05,0 5,05,0 5,55.5 Толщина корки, ммThe thickness of the peel, mm 1,51,5 1,51,5 0,50.5 0,50.5 0,30.3 0,30.3 0,30.3 0,30.3 0,30.3 0,30.3 0,30.3 0.30.3 0,50.5 0,50.5 Удельное электрическое сопротивление, Ом/мElectrical resistivity, Ohm / m 0,150.15 0,100.10 5,15.1 4,94.9 5,05,0 4,94.9 4,44.4 4,14.1 5,05,0 4,64.6 5,05,0 4,14.1 2,72.7 2,12.1

Claims (1)

Малоглинистый буровой раствор для бурения продуктивных пластов и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, содержащий глину бентонитовую, карбоксиметилцеллюлозу термостабильную, крахмал, реагент для регулирования удельного электрического сопротивления, карбонатный утяжелитель и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве реагента для регулирования удельного электрического сопротивления пентамеры пропилена, в качестве смазочной добавки Lubriol W при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:A low-clay drilling fluid for drilling productive formations and geophysical studies of oil and gas wells, containing bentonite clay, thermally stable carboxymethyl cellulose, starch, a reagent for regulating electrical resistivity, a carbonate weighting agent and water, characterized in that it contains a reagent for regulating electrical resistivity pentamers of propylene, as a lubricant additive Lubriol W in the following ratio of ingredients, wt.%: Глина бентонитоваяClay bentonite 2,0-3,02.0-3.0 КарбоксиметилцеллюлозаCarboxymethyl cellulose 0,1-0,150.1-0.15 КрахмалStarch 1,0-2,01.0-2.0 Пентамеры пропиленаPropylene Pentamers 1,0-5,01.0-5.0 Карбонатный утяжелительCarbonate weighting compound 5,0-8,05.0-8.0 Смазочная добавка Lubriol WLubriol W lubricant additive 0,1-0,50.1-0.5 ВодаWater ОстальноеRest