Способ уменьшения фильтратов бурового промывочного водного состава, содержащего смешанные металлгидроокиси, и буровой промывочный водный состав

 

Для уменьшения фильтрата водных содержащих смешанные металлгидроокиси промывочных буровых растворов на основе глинистых минералов вводят в качестве средства, уменьшающего фильтрат, частично этерифицированный с помощью гидроксиэтил- и/или гидроксипропилгрупп полисахарид. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл.

Настоящее изобретение относится к способу уменьшения фильтратов бурового промывочного водного состава, содержащего смешанные металлгидроокиси.

Для бурения нефтяных и газовых скважин используют так называемые промывочные буровые растворы (буровые промывочные составы), которые могут быть образованы или на водной основе или на масляной основе. При так называемых водоосновных промывках в качестве датчика вязкости применяют в большинстве случаев глинистый минерал. Часто используемыми при этом глинистыми минералами являются бентонит или аттапульгит.

Недостаток таких водно-глинистых промывок заключается в том, что при концентрации глины, необходимой для достижения достаточной способности к выходу мелких буровых частиц, так называемая пластичная вязкость промывки является очень высокой.

Известно, что высокая пластичная вязкость замедляет успех бурения и поэтому ее следует рассматривать как нежелательную.

Из американского патента N 4664843 известна добавка на основе смешанной гидроокиси металла, которая устраняет вышеописанные недостатки водосодержащих суспензий бентонита. Проблема, связанная с промывочным буровым раствором, обработанным с помощью смешанного металлгидрооксида, состоит в том, что эта жидкость с анионными восстановителями фильтратов, применяемыми обычным образом в промывочных буровых растворах, проявляет себя необычным (неожиданным) образом. Эта необычность заключается в том, что анионные восстановители фильтрата в зависимости от необходимой дозировки или сильно разбавляют промывочный буровой раствор (т.е. вязкость уменьшается) или приводят к нежелательному увеличению пластичной вязкости. Однако подобные результаты, меньшие по масштабу (объему действия), наблюдают при применении обычных неионных восстановителей фильтрата, таких как, например, крахмал или Guar gum. Так как контроль за свойствами фильтрата промывочного бурового раствора является важным условием для его успешного использования, то отсюда следует существенное ограничение в использовании для промывки на основе смешанных металлгидроокисей. Поэтому задача данного изобретения заключается в том, чтобы разработать буровой промывочной состав и способ получения содержащих промывочных буровых составов, содержащих смешанные металлгидроокиси, который не имел бы указанных недостатков уровня техники, а имел бы хорошие свойства, уменьшающие фильтрат и одновременно не существенным образом изменил бы специальные реологические свойства этого промывочного бурового состава.

Эту задачу, согласно изобретению, решают таким образом, что в качестве средства, уменьшающего фильтрат, используют частично этерифицированный с помощью гидроксиэтил- и/или гидроксипропилгрупп полисахарид. При этом неожиданным образом показано, что используемые, согласно изобретению, неионные средства уменьшают фильтрат, не оказывают более сильного воздействия на вязкость промывок, замещенных смешанными металлгидроокисями, хотя обычные неионные добавки проявляют это нежелательное свойство.

В способе согласно изобретению применяют буровые промывочные водные составы на основе смешанных металлгидроокисей, известных из американского описания изобретения к патенту N 4664843. Важным для изобретения является то, что в качестве средства, восстанавливающего фильтрат, применяют частично этерифицированный с помощью гидроксиэтил- и/или гидроксипропилгрупп полисахарид, причем в качестве полисахарида применяют в основном крахмал, муку, приготовленную из сердцевины ствола рожкового дерева, Guar Gum или целлюлозу. Полисахарид для этерифицикации можно применять в незамещенной или замещенной форме, при этом должны присутствовать еще свободные для этерификации OH-группы. В качестве преимущественно замещенных оснований - полисахаридов, в которые введены гидроксиэтил- и/или гидроксипропилэфирные группы, применяют производные с карбоксиметилгруппами и степенью замещения < 0,2.

Наиболее предпочтительным оказалось то, что частично этерифицированные полисахариды имеют степень этерификации от 0,02 до 2,5, преимущественно от 0,1 до 1,2, так как тогда достигнутые согласно изобретения преимущества проявляются особенно сильно. Под степенью этерификации понимают при этом среднее количество связанных с мономером глюкозы гидроксиэтил- или гидроксипропилгрупп. Используемые средства, согласно изобретению, восстанавливающие фильтрат, соответственно их получение известны из литературы. Так, в частности, описаны гидроксипропилкрахмал в американском описании изобретения к патенту N 4003883, гидроксипропилгуар в патенте США N 4025443, гидроксиэтил-, а также гидроксипропилцеллюлоза в патенте США N 2572039, а также карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза в патенте США N 2618595, а также в патенте США N 3284353. Получение этого средства происходит обычным образом путем взаимодействия соответствующих основ полисахаридов с окисью этилена, соответственно окисью пропилена (ср. "Starch and Its Derivatives" 4. Ed. J.A. Radley, Chapman and Hall Ltd. London, 1968).

Согласно предпочтительной форме исполнения изобретения частично этерифицированные полисахариды могут еще дополнительно иметь другие катионные или анионные заместители со степенью замещения <0,2, причем в качестве катионных заместителей речь в частности идет о четвертичных аммониевых группах формулы причем R₁, R₂, R₃, R₄ = H обозначают C₁-C₄-алкильный остаток (ср., например, описание изобретения к патенту США 4003883). В качестве наиболее предпочтительных анионных заместителей предусматривают карбоксиметилгруппы, которые можно получить (получают) обычным образом путем взаимодействия соответствующих полисахаридов, предварительно обработанных с помощью щелочи, с хлоруксусной кислотой.

Путем этого двойного замещения при известных условиях можно достичь удачных результатов. Так, например, в случае с крахмалом известно, что путем введения карбоксиметилгрупп полимер защищен от расщепления бактерий и способствует улучшению диспергируемости средства в промывочном буровом составе. Ограничение степени двойного замещения до <0,2 следует из того факта, что при более высокой доле анионных или катионных групп устраненный, согласно изобретению, нежелательный эффект воздействия на реологию промывок, обработанных с помощью смешанных металлгидрооксидов, вновь появляется. Наконец также представляется возможным, например, для улучшения термостойкости производить сшивку в крахмале, при этом в качестве сшивающих агентов можно применять соединения с двумя или тремя активными связями такими как, например, POCl₃, хлористый цианур или эпихлоргидрин соответственно патенту США N 4652384.

Полученные при помощи способа согласно изобретению соединения, содержащие промывочный буровой состав, на основе смешанных металлгидрооксидов, которые содержат средство, восстанавливающее фильтрат, в количестве от 0,1 до 7 вес.%, преимущественно от 1 до 3 вес.%, относительно общего веса промывочного бурового раствора, отличаются свойствами, хорошо восстанавливающими фильтрат, а также их незначительным, это значит приемлемым для практики бурения влиянием на реологию промывки.

Нижеследующие примеры должны более подробно пояснить изобретение.

Примеры Буровой промывочный раствор: 350 мл - дистиллированная вода 7 г - Вайоминг-бентонит (например, "Gold Seal" фирмы Baroid, Хьюстон/США) 24 ч - перемешивают 0,7 г - Смешанный металлгидрооксид (например, "POLYVIS" фирмы СКВ Тростберг АГ, ФРГ) формулы ([MgAl(04)_{4' 7}]_{3' 33} Cl)_n устанавливают величину pH с содой, не содержащей воду, до 10,5, перемешивают 30 мин в "Hamilton Beach Mixer" в режиме "Low speed" (низкая скорость) и добавляют восстановители фильтрата, а затем 15 мин перемешивают в Hamilton Beach Mexer" в режиме "Low speed".

Свойства промывки определяют по предписаниям Американского Нефтяного Института (Американского Института нефти) (АНИ, АИН) согласно указаниям Rp 13 B-1 (см. таблицу) Следующие свойства были определены:
Реологию состава промывочного бурового раствора измеряют с помощью описанного в указании АНИ FANN - вискозиметра, при 600, 300, 200, 6 и 3 об. /мин.

PV - пластичную вязкость промывки определяют по АНИ РР 13 В-1
yP - yield Point точку выхода промывки, определяемую по АНИ RP 13 В-1
гелеобразные крахмалы промывки через 10 с и 10 мин замеряют с помощью FANN - вискозиметра согласно АНИ РР 13 В-1
АНИ-FL = Flind Loss П.Ж. = потерю жидкости промывки определяют через 30 мин при разнице в давлении в 7 бар и комнатной температуре по АНИ RP 13 В-1.

Как показывают опыты, только продукты согласно изобретению практически не оказывают влияния на реологию смешанной промывки, смешанной со смешанным металлгидрооксидом, и проявляют одновременно требуемое снижение значения фильтрата.

Формула изобретения

1. Способ уменьшения фильтратов бурового промывочного водного состава, содержащего смешанные металлгидроокиси, на основе глинистых минералов, отличающийся тем, что в качестве средства, уменьшающего фильтрат, вводят частично этерифицированный с помощью гидроксиэтил- и/или гидроксипропилгрупп полисахарид.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют полисахарид, выбранный из группы, состоящей из крахмала, муки из плода рожкового дерева, Guorgum или целлюлозы, в качестве основы этерифицированного полисахарида.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что основой для этерифицированного полисахарида является незамещенной полисахарид.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что основой для этирифицированного полисахарида является полисахарид, преимущественно замещенный с помощью карбоксиметилгрупп, со степенью замещения менее 0,2.

5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что степень этерификации составляет от 0,02 до 2,5, в частности от 0,1 до 1,2.

6. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что используют частично этерифицированные полисахариды, которые имеют еще другие катионные или анионные заместители со степенью замещения менее 0,2.

7. Способ по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что в качестве катионных заместителей имеются четвертичные амиениевые группы формулы

причем R₁, R₂, R₃, R₄ H или С₁-С₄-алкилгруппы.

8. Способ по любому из пп.1 7, отличающийся тем, что в качестве анионных заместителей представлены карбоксиметилгруппы.

9. Способ по любому из пп.1 8, отличающийся тем, что используют крахмал в форме сшитого полимера.

10. Способ по любому из пп.1 9, отличающийся тем, что вводят крахмал в форме сшитого полимера, который образован с помощью сшивающих агентов POCI₃, хлористый цианур или эпихлоргидрин.

11. Буровой промывочный водный состав на основе глинистых минералов с добавкой смешанных металлгидроокисей, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве средства, уменьшающего фильтрат, частично этерифицированный с помощью гидроксиэтил- и/или гидроксипропилгрупп полисахарид.

12. Состав по любому из пп.1 11, отличающийся тем, что полисахарид представлен в количестве 0,1 7,0 мас. преимущественно 1 3 мас. относительно общей массы промывочного бурового раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1