«Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море»

Регулирование реологических параметров инвертно-эмульсионного бурового раствора с применением веществ амфифильной природы

УДК: 622.244.442
DOI: 10.33285/0130-3872-2023-8(368)-27-33

Авторы:

¹ ПермНИПИнефть, Пермь, Россия

Ключевые слова: инвертно-эмульсионный буровой раствор, вещества амфифильной природы, модификаторы реологии, реологические параметры, выносная способность, динамическое напряжение сдвига при низких скоростях сдвига, пластическая вязкость, ингибирующая способность

Аннотация:

Применение инвертно-эмульсионных растворов (ИЭР) позволяет осуществлять бурение в сложных горно-геологических условиях, в том числе при проводке скважин с большим отходом от вертикали. При строительстве таких скважин к буровому раствору предъявляются повышенные требования в части реологических параметров, которые должны обеспечивать эффективную очистку ствола от выбуренной породы, при этом не допускать превышения значений эквивалентной циркуляционной плотности (ЭЦП) сверх величин градиента начала поглощений и гидроразрыва пласта. В соответствии с этим актуальными являются исследования, направленные на расширение диапазонов регулирования и оптимизацию реологических свойств ИЭР. В статье представлен обзор современных подходов к регулированию реологических параметров буровых растворов на углеводородной основе. Показано, что одним из наиболее перспективных путей регулирования реологических свойств ИЭР является применение веществ амфифильной природы различного состава и структуры, обладающих свойствами модификаторов реологии и способных формировать ассоциативные комплексы, структурирующие углеводородную фазу раствора в условиях низких скоростей сдвига. По результатам исследований установлено, что в качестве эффективных модификаторов реологии ИЭР могут быть использованы гидрофобно-модифицированные акриловые сополимеры и производные непредельных жирных кислот. Эти реагенты расширяют возможности оптимизации реологических свойств ИЭР под конкретные условия применения за счёт увеличения диапазонов регулирования динамического напряжения сдвига, в том числе при низких скоростях сдвига, без увеличения пластической вязкости раствора. Выбранные по результатам исследований модификаторы реологии оказывают положительное влияние на ингибирующую способность ИЭР, снижая степень набухания и разупрочнения неустойчивых пород при контакте с раствором.

Список литературы:

1. Троицкий В.Н., Файнштейн А.М. Буровые растворы на углеводородной основе с применением органобентонита // Бурение и нефть. – 2010. – № 3. – С. 42–43.
2. Пат. 2016041 Рос. Федерация, МПК C09K 7/06. Буровой раствор на углеводородной основе / Ф.Я. Канзафаров; патентообладатель ООО "НижневартовскНИПИнефть". – № 4929267/03; заявл. 22.04.1991; опубл. 15.07.1994, Бюл. № 13.
3. Пат. 2263701 Рос. Федерация, МПК C09K 7/06. Буровой раствор на углеводородной основе / Р.И. Федосов, В.Н. Кошелев, А.В. Татаринов, Е.И. Корнева; патентообладатели Р.И. Федосов, В.Н. Кошелев. – № 2003138099/03; заявл. 30.12.2003; опубл. 10.11.2005, Бюл. № 31.
4. Пат. 2445337 Рос. Федерация, МПК C09K 8/32. Буровой раствор на углеводородной основе / З.З. Шарафутдинов, М.М.-P. Гайдаров, А.А. Хуббатов [и др.]; патентообладатель ОАО "Газпром". – № 2010127571/03; заявл. 02.07.2010; опубл. 20.03.2012, Бюл. № 8.
5. Пат. 2184222 Рос. Федерация, МПК E21B 43/26. Углеводородный гель на основе железных солей органических ортофосфорных эфиров / Л.А. Магадова, Р.С. Магадов, С.В. Максимова [и др.]; патентообладатель Магадова Л.А. [и др.] – № 2000116292/03; заявл. 26.06.2000; опубл. 27.06.2002, Бюл. № 18.
6. Пат. 2224002 Рос. Федерация, МПК C09K 7/06. Буровой раствор на углеводородной основе / Р.Р. Лукманов, Р.З. Лукманова, Р.З. Ахметшин [и др.], патентообладатель ООО "ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь". – № 2002109343/03; заявл. 10.04.2002; опубл. 20.02.2004, Бюл. № 5.
7. Пат. US10647903 US, МПК C09K 8/03. Oil-based drilling fluid compositions which include layered double hydroxides as rheology modifiers and amino amides as emulsifiers [Композиции буровых растворов на нефтяной основе, которые включают слоистые двойные гидроксиды в качестве модификаторов реологических свойств и аминоамиды в качестве эмульгаторов] / M.H. Mohammed, A. Whiting, M. Al Batal [et al.]; патентообладатель Univ. Durham, MI Drilling Fluids UK LTD; Saudi Arabian Oil Co. – № US16059550; заявл. 09.08.2018; опубл. 12.05.2020.
8. Пат. US20170275516 US, МПК C09K 8/035. Rheology modifiers comprising dicarboxylic acid and methods of use thereof [Модификаторы реологии, содержащие дикарбоновую кислоту, и способы их использования] / Kuangbiao Ma, J. Borau-Garcia, S. Dubberley; патентообладатель Secure Energy Drilling Services Inc. – № US15465731; заявл. 22.03.2017; опубл. 28.09.2017.
9. Пат. EA007842B1 ЕАПВ, МПК C09K 8/36. Буровой раствор с плоским реологическим профилем / А.Д. Пейтел, Д. Фридхейм, Д. Ли, Б. Хоксха; патентообладатель М-Ай Л.Л.С. – № EA200501063; заявл. 17.08.2004; опубл. 27.02.2007.
10. Polyhydroxy gemini surfactant as a mechano-responsive rheology modifier for inverted emulsion drilling fluid / Yinbo He, Guancheng Jiang, Zhengqiang Deng [et al.] // RSC Advances. – 2018. – Vol. 8, Issue 1. – P. 342–353. – DOI: 10.1039/C7RA11300E
11. Development of key additives for organoclay-free oil-based drilling mud and system performance evaluation / Jinsheng Sun, Xianbin Huang, Guancheng Jiang [et al.] // Petroleum Exploration and Development. – 2018. – Vol. 45, Issue 4. – P. 764–769. – DOI: 10.1016/S1876-3804(18)30079-X
12. Паршин Г.Ю., Васильченко С.В., Рябцев П.Л. Модификаторы реологических свойств буровых растворов на углеводородной основе // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 2. – С. 103–104.
13. Пат. 2388784 Рос. Федерация, МПК C09K 8/34. Буровой раствор на углеводородной основе / М.М.-P. Гайдаров, Е.А. Рогов; патентообладатель ООО "Газпром ВНИИГАЗ". – № 2008135525/03; заявл. 01.09.2008; опубл. 10.05.2010, Бюл. № 13.
14. A high-density organoclay-free oil base drilling fluid based on supramolecular chemistry / Guancheng Jiang, Yinbo He, Xianbin Huang [et al.] // Petroleum Exploration and Development. – 2016. – Vol. 43, Issue 1. – P. 143–148. – DOI: 10.1016/S1876-3804(16)30017-9
15. Пат. US9988569 US, МПК C09K 8/36, C09K 8/28, E21B 7/00. Methods and materials to enhance high temperature rheology in invert emulsions [Способы и материалы для улучшения высокотемпературной реологии в обратных эмульсиях] / V.B. Wagle, S.S. Maghrabi, S. Savari, S.D. Kulkarni; патентообладатель Halliburton Energy Services Inc. – № US15098980; заявл. 14.04.2016; опубл. 05.06.2018.
16. Пат. US10570326 US, МПК C09K 8/03. Invert emulsion drilling fluids with fatty acid and fatty amine rheology modifiers [Инвертный буровой раствор с модификаторами реологии на основе жирных карбоновых кислот и аминов] / V. Wagle, A. Al-Yami; патентообладатель Saudi Arabian Oil Co. – № US16259540; заявл. 28.01.2019; опубл. 25.02.2020.
17. Пат. US10767097 US, МПК C09K 8/03. Invert emulsion drilling fluids with fatty acid and fatty diol rheology modifiers [Инвертный буровой раствор с модификаторами реологии на основе жирных карбоновых кислот и диолов] / V. Wagle, A. Al-Yami; патентообладатель Saudi Arabian Oil Co. – № US16692733; заявл. 22.11.2019; опубл. 08.09.2020.
18. Пат. 2623384 Рос. Федерация, МПК C09K 8/32. Модификаторы реологии / Д. Харрис, Д. Байерс; патентообладатель Шеврон Филлипс Кемикал Компани. – № 2014147987; заявл. 22.04.2013; опубл. 26.06.2017, Бюл. № 18.
19. Пат. US9528042 US, МПК C09K 8/28, C07C 23/02, C09K 8/035, C09K 8/36. Drilling fluid additive composition and super high temperature super high density clay-free oil-in-water drilling fluid [Добавка к буровому раствору для высокотемпературных скважин и способ приготовления добавки] / Guancheng Jiang, Zhengqiang Deng, Yinbo He [et al.]; патентообладатель China University of Petroleum (Beijing). – № US15136496; заявл. 22.04.2016; опубл. 27.12.2016.
20. Study on the effect of polymeric rheology modifier on the rheological properties of oil-based drilling fluids / C. Ma, L. Li, Y.P. Yang [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 292. 2nd Int. Conf. on New Material and Chemical Industry (NMCI2017), Nov. 18–20, 2017, Sanya, China. – DOI: 10.1088/1757-899X/292/1/012106
21. Пат. 2783123 Рос. Федерация, МПК C09K 8/36. Инвертно-эмульсионный буровой раствор / Д.А. Казаков, И.Л. Некрасова, П.А. Хвощин [и др.]; патентообладатель ООО "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг". – № 2022112318; заявл. 06.05.2022; опубл. 09.11.2022, Бюл. № 31.