Растворы на углеводородной основе: понятие, свойства, сфера применения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Растворы на углеводородной основе: понятие, свойства, сфера применения

Дисперсионная среда РУО: дизельное топливо; нефть; углеводородорастворимые ПАВ.

Дисперсная фаза РУО: высокоокисленный битум; гидроокись кальция (CaO); глина, в том числе органобентонит; барит (при необходимости утяжеления РУО); небольшое количество эмульгированной воды.

Первый отечественный РУО имел следующий состав: дизельное топливо - 80%; высокоокисленный битум - 16%; окисленный парафин - 3%; каустическая сода (NaOH) - 1%.

Несколько позже для структурирования РУО в него стали добавлять тонкоразмолотую негашеную известь - СаО. Такие растворы получили название известково-битумных растворов (ИБР).

В настоящее время наиболее распространены ИБР- 2 и ИБР- 4.

РУО по сравнению с буровыми растворами на водной основе имеют целый ряд преимуществ: обладают высокой стабильностью во времени (можно длительно хранить и многократно использовать); инертны в отношении глин и солей; обладают хорошими антикоррозионными и триботехническими свойствами (f = 0,14…0,22, тогда как у растворов на водной основе f = 0,2…0,4); могут утяжеляться любыми стандартными утяжелителями; обладают высокой термостойкостью (до 220-220С); почти не фильтруются в проницаемые пласты, а их фильтрат не оказывает вредного влияния на продуктивные нефтяные горизонты.

Недостатками, сдерживающими широкое применение РУО, являются: высокая стоимость (200-625 $/м³) и дефицитность основных компонентов; пожароопасность; трудность очистки от шлама; трудность проведения электрометрических работ; экологическая вредность.

Основная область применения РУО: вскрытие продуктивных нефтяных пластов с низким пластовым давлением. Кроме этого, РУО применяют при бурении скважин в условиях высоких положительных и отрицательных (бурение во льдах) забойных температур, а также для проходки соленосных толщ и высокопластичных глинистых пород.

В мировой практике все более широкое распространение при бурении и особенно при заканчивании скважин находят растворы на углеводородной основе (РУО). Известны два класса РУО: безводные углеводородные растворы (известково-битумные растворы и загущенные нефти) и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с большим содержанием водной фазы (см. А.И. Булатов, А.Г. Аветисов. Справочник инженера по бурению в двух томах. М.: Недра, 1985 г., том 1, стр. 360; В.И. Токунов, И.Б. Хейфец. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. М.: Недра, 1983 - аналоги).

Основной проблемой использования буровых растворов на углеводородной основе (РУО) является их потенциальное отрицательное влияние на окружающую среду, особенно в экологически чувствительных зонах (морские акватории, поймы рек). Особую остроту этой проблеме придает тенденция к ужесточению требований к охране окружающей среды во всем мире.

Проблема снижения токсичности РУО была поставлена за рубежом в конце 70-х годов XX века и ее решение связано с использованием углеводородных жидкостей под объединенным общим названием "минеральные масла". Однако использование минеральных масел не решало до конца проблемы экологической безопасности РУО. Биологическая разлагаемость растворов на их основе не превышала 5%, что не позволило снять ограничения на их сброс в море.

В связи с этим была выдвинута проблема создания биологически разлагаемых буровых растворов на синтетической неводной основе, являющихся альтернативой РУО и обладающих всеми их достоинствами.

Известен эмульсионный буровой раствор, содержащий касторовое масло, не загрязняющий окружающую среду, который представляет собой прямую эмульсионную систему, основой этого бурового раствора является сложный гель, биоразлагаемый в аэробных и анаэробных условиях, содержащий неполярную дисперсионную среду, жидкое полимерное поверхностно-активное вещество ПАВ, в кислой форме, растворенное или диспергированное в указанной неполярной среде, агент для нейтрализации полимерного ПАВ, содержащий от 0,2 до 5 молекул воды на молекулу ПАВ, эмульгатор и/или твердый наполнитель, растворимый или нерастворимый в неполярной среде.

Гель используется для приготовления бурового раствора на водной основе (см. пат. США № 5858928 А, С 09 К 7/02, 112.01.1999 г. - ПРОТОТИП).

Недостатком этого технического решения является то, что сам гидрофобный (неполярный) гель в качестве промывочной жидкости (согласно патенту US 5858928 А, С 09 К 7/02) не используется, а приготовленный из него буровой раствор является водным, т.е. в основе своей он содержит от 97 до 99,09% воды.

Следовательно, несмотря на его высокую водоудерживающую способность Ф=18-20 см³/30 мин по API, выделившаяся влага может гидратировать и разупрочнять водочувствительные горные породы, слагающие стенки скважин, а также вызывать процесс набухания глинистой части скелета, нефтеносного пласта, что ведет к снижению его продуктивности или полной закупорке.

Техническим результатом изобретения является создание экологически безопасного бурового раствора на углеводородной основе (РУО) с требуемыми вязкостными и структурными показателями в широком диапазоне водосодержания путем применения новой широко доступной углеводородной основы.

Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно - загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:

буровой раствор касторовый углеводородный

Буровой раствор дополнительно может содержать гидрофобизатор - пенозолин 0-2,0 мас.%.

Совокупность заявленных компонентов в заявляемых соотношениях обеспечивает получение такой обратной эмульсии, которая при бурении, фильтруясь в горные породы, не вызывает их набухания и, как следствие, их разупрочнения.

А при вскрытии нефтегазоносного пласта заявляемый буровой раствор не вызывает набухания глинистой части его скелета, что обеспечивает полное сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта.

В ходе лабораторных исследований были приготовлены образцы РУО обоих классов - раствор, не содержащий водной фазы и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с минимальным (10%) и 30%-ным содержанием водной фазы.

Образцы РУО готовили согласно способам и методикам, приведенным в работах "Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы", В.И. Токунов, И.Б. Хейфиц. - М.: Недра, 1983 г. "Применение обратных эмульсий в нефтедобыче", Г.А. Орлов, М.Ш. Кендис, В.М. Глущенко. - М.: Недра, 1991 г.

При исследованиях использовались методики и аппараты согласно РД 39-2-645-81 "Методика контроля параметров буровых растворов", Краснодар: ВНИИКРнефть, 1981 г.

Результаты исследований растворов на углеводородной основе (РУО) по предлагаемому техническому решению представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Указанный технический результат достигается при любых значениях из указанного интервала, например, буровой раствор содержит в мас.%: касторовое масло 80, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,1, органофильный бентонит 2,5, воду 3,3, пенозолин 0,1 или касторовое масло 60, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,25, органофильный бентонит 2, воду 23,6, пенозолин 0,15.

Таблица 2

Согласно экспериментальным данным, приведенным в таблицах 1 и 2, растворы (РУО) на основе касторового масла имеют технологические параметры отвечающие всем требованиям ведения буровых работ. Их реологические характеристики имеют достаточно низкие значения. Так эффективная вязкость (см. табл. 2) у всех трех типов растворов находится в пределах 60-70 мПа·с, что соответствует величинам вязкости практически используемых растворов на нефтяной основе. Значения величин пластической вязкости в интервале 68-50 мПас, у растворов на основе касторового масла, практически идентичны величинам растворов на нефтяной основе. Динамическое напряжение сдвига в диапазоне 19-20 дПа у предлагаемых растворов согласуется с величинами классических РУО на нефтяной основе и обеспечивает им надежную выносящую способность. Показатель горячей фильтрации (Ф90) в пределах 1,27-19,17 см³ за 30 минут позволяет растворам на касторовом масле иметь низкие потери раствора в процессе циркуляции в забойных условиях и по величине соответствует показателям классических РУО. Что касается таких показателей (у предлагаемых растворов), как глиноемкость, устойчивость, электростабильность, то их величины характеризуют предлагаемые жидкости как чрезвычайно устойчивые (см. табл. 2). Термическая стабильность у предлагаемых систем соответствует 120°С.

Надо еще отметить как положительные качества их высокую ингибирующую способность (П0=0,187 см/час) и низкое поверхностное натяжение их фильтратов (?=6,52-7,82 ?Н/м), что предопределяет качественное вскрытие продуктивных пластов и высокие дебиты извлекаемого сырья.

Кроме того, предлагаемые буровые растворы на основе касторового масла являются экологически абсолютно безопасными и могут быть использованы при разбуривании шельфовых месторождений нефти и газа, так как допускают сброс отработанных буровых растворов непосредственно в акваторию без ущерба для природы. Ведь основа (касторовое масло) и загуститель являются биоразлагаемыми и полностью утилизируются микроорганизмами из окружающей среды.

Таким образом, поставленная задача данного изобретения решена путем загущения касторового масла кальциевым резинатом канифоли и созданием инвертных (обратных) эмульсий на его основе.

1. Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, отличающийся тем, что он содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Буровой раствор по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидрофобизатор пенозолин - 0-2,0 мас.%.

Размещено на Allbest.ru