Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор и анализ работ, посвященных теоретическим основам получения термостойких полимерных систем буровых растворов на основе модифицированной карбок-симетилллюлозы и регулирование их свойств, цель и основные задачи исследований 9
2 Теоретические и экспериментальные исследования модифицированной карбоксиметилцеллюлозы и разработка термостойких полимерных систем буровых растворов 15
2.1 Теоретические исследования модифицированной карбоксиметилцеллюлозы 15
2.2 Синтез и лабораторные исследования модифицированной карбоксиметилцеллюлозы 21
2.3 Лабораторные исследования и разработка термостойких буровых систем на основе модифицированной карбоксиметилцееллюлозы 30
2.3.1 Лабораторные исследования термостойких буровых систем на основе карбоалюмината. 30
2.3.2 Лабораторные исследования термостойких буровых систем на основе карбоалюмилона 37
2.3.3 Лабораторные исследования термостойких буровых систем на основе карбоалюмината НЗ 53
3 Промышленные испытания термостойких полимерных буровых растворов на основе модифицированной карбоксиметилцеллюлозы 64
3.1 Промышленные испытания термостойких полимерных буровых систем на основе карбоалюмината 64
3.1.1 Скважина № 4 Чартак 64
3.1.2 Скважина № 145 Карачаганакского НГКМ 75
3.1.3 Скважина № 82 Астраханского ГКМЖ . 19
3.2. Промышленные испытания термостойких полимерных буровых систем на основе карбоалюмилона 84
Заключение 93
Список использованных источников 96
- Теоретические исследования модифицированной карбоксиметилцеллюлозы
- Лабораторные исследования термостойких буровых систем на основе карбоалюмилона
- Промышленные испытания термостойких полимерных буровых систем на основе карбоалюмината
- Промышленные испытания термостойких полимерных буровых систем на основе карбоалюмилона
Введение к работе
Актуальность темы. Современное состояние и перспективы развития химической обработки буровых растворов требуют неукоснительного обеспечения не только технологических свойств коагуляционным системам для выполнения ими прямого функционального назначения, но и комплекса физико-химических свойств для успешного углубления скважин.
Результаты бурения глубоких и сверхглубоких скважин в различных горногеологических условиях показали, что принятие компромиссных решений приводит в целом ряде случаев к возникновению осложнений и аварий.
Так, использование термо- и солеустойчивых рецептур буровых растворов при не соблюдении комплекса технологических свойств для выполнения функционального назначения буровой системы приводит к тяжелым последствиям в случае, например, низкой ингибирующей способности или высокой эррозионной активности этой системы.
Таким образом, разработка термостойких полимерных систем буровых растворов, обеспечивающих безаварийную проводку скважин с оптимальными технико-экономическими показателями является актуальной проблемой и зависит от решения комплекса задач, направленных на создание и регулирование физико-химических и функциональных технологических показателей коагуляционных систем.
Решение поставленной задачи достигается путем использования для обработки буровых растворов набора высокомолекулярных полимерных флокулянтов нового поколения.
Буровые растворы на нефтяной основе, способные обеспечить успешную проводку скважины в сложных горно-геологических условиях и качество вскрытия продуктивных отложений из-за высокой стоимости и жесткой критики экологов не нашли широкого применения.
Успехи химии высокомолекулярных соединений послужили толчком для разработки добавок в буровые растворы на водной основе и получению полимерных систем по своим свойствам не уступающим системам на нефтяной основе, что дало основание отказаться от этих систем и применять термостойкие полимерные системы буровых растворов при бурении вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин, а кроме того, в многолетнемерзлых породах, соленосных отложениях и первичном вскрытии продуктивных горизонтов.
Методы решения задач основаны на обобщении многолетнего опыта использования карбоксиметилцеллюлозы для обработки буровых растворов и на результатах собственных теоретических и лабораторных исследований модифицированных эфиров карбоксиметилцеллюлозы с использованием современного комплекса лабораторного оборудования.
Научная новизна. 1. Установлено, что направленная модификация карбоксиметилцеллюлозы, с целью получения полимеров нового поколения для обработки буровых растворов, обеспечивает не только термостойкость полимерных систем при проводке глубоких скважин, но и повышает утойчивость к действию щелочных и щелочно-земельных металлов, увеличивает флокулирующие, ингибирующие, капсулирующие и эмульгирующие свойства (пат. СССР № 1836849, пат. РФ № 2013435).
2. Усовершенствована промышленная технология получения модифициро
ванных эфиров карбоксиметилцеллюлозы.
3. Разработаны составы термостойкого полимерного бурового раствора на ос-
нове КМЦ-М-карбоалюминат, термостойкого ингибированного полимерного буро
вого раствора на основе КМЦ-М-карбоалюминат, термостойкого полимерного ми
нерализованного бурового раствора для предупреждения и ликвидации поглоще
ния, термостойкого гипсового нефтеэмульсионного полимерного бурового раствора
на основе КМЦ-М-карбоалюмилон для проводки скважин в различных горно
геологических условиях.
Основные защищаемые положения:
Схема синтеза и промышленная технология получения модифицированных эфиров карбоксиметилцеллюлозы.
Состав термостойкого полимерного соленасыщенного бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюминат.
Состав термостойкого ингибированного полимерного бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюминат.
Состав термостойкого полимерного минерализованного бурового раствора для предупреждения и ликвидации поглощения.
Состав термостойкого гипсового нефтеэмульсионного полимерного бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюмилон.
Практическая значимость.
На основании обобщения и проведения теоретических, лабораторных и промысловых исследований разработаны: Технические условия ТУ 6-05-221-915-87 "Карбоксиметилцеллюлоза модифицированная марки карбоалюминат"; Технические условия ТУ 6-55-221-1186-91 "Карбоксиметилцеллюлоза модифицированная марки карбоалюмилон" - внедрены на Наманганском химическом заводе для производства модифицированной карбоксиметилцеллюлозы; временная инструкция -"Рецептура нефтеэмульсионного бурового раствора для проводки скважин в сложных геологических условиях Восточной Туркмени"; временное руководство -"Применению термо- и солеустойчивого реагента - карбоалюмината целлюлозы для обработки бурового раствора"; временный технологический регламент - "Химическая обработка гипсового нефтеэмульсионного раствора для бурения скважин на Карачаганакском ГКМ под техническую колонну диаметром 245 мм"; временная инструкция - "Химическая обработка бурового раствора на Астраханском ГКМ"; временные технологические рекомендации - "Термосолеустойчивый буровой раствор на основе карбоалюмината целлюлозы для бурения скважин на Карачаганакском ГКМ под техническую колонну диаметром 245 мм"; временное руководство -"Применение термо- и солеустойчивого реагента карбоалюмилона для обработки
&
бурового раствора на скважинах Карачаганакского ГКМ"; "Рекомендации по технологии химической обработки растворов новым реагентом-стабилизатором карбоа-люмилон при бурении скважин на Карачаганакском ГКМ под техническую колонну диаметром 245 мм".
Разработанные автором составы термостойкого полимерного соленасыщенно-го бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюминат, термостойкого ингибиро-ванного полимерного бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюминат, термостойкого полимерного минерализованного бурового раствора с регулируемой эрро-зионной активностью для ликвидации поглощения, термостойкого гипсового неф-теэмульсионного полимерного бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюмилон были внедрены на площадях Восточной Турктении, Карачаганакского, Астраханского месторждений. Всего было выпущено около 20000 тонн модифицированной карбоксиметилцеллюлозы для бурения успешно прошедших промышленные испытания. В результате внедрение полимерных систем обеспечило повышение технико-экономических показателей бурения, предупреждение осложнений, а ряде случаев их ликвидацию.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на выездном заседании сессии Научно-технического совета Мингазпрома (Тюмень, 1984 г.), на выездном заседании сессии Научно-технического совета Мингазпрома (Киев, 1985 г.), на выездном заседании сессии Научно-технического совета Мингазпрома (Оренбург, 1986 г.), на сессии научно-технического совета Мингазпрома по аварийности (Москва, 1987), на выездном заседании сессии Научно-технического совета Мингазпрома (Ашхабад, 1988 г.), на межрегиональной научно-технической конференции по проблемам газовой промышленности России (Ставрополь, 1997 г.), на заседании секции НТС "Техника и технология бурения скважин" ОАО "Газпром" (Ставрополь, 2000 г.), в полном объеме диссертационная работа была доложена и обсуждена на секции ученого совета «Бурение, капитальный ремонт скважин, ПХГ и экологии ОАО «СевКавНИПИгаз» и на совместном заседании
?
кафедры "Бурение нефтяных и газовых скважин" и кафедры «Разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений» СевКавГТУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе два изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 73 наименования.
Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 9 рисунков и 26 таблиц.
Автор выражает благодарность за советы и консультации научному руководителю -доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки и техники РФ, академику РАЕН и АГН К.М.Тагирову, научному консультанту - кандидату технических наук Черняховскому А.И., сотрудникам ОАО "СевКавНИПИгаз" Т.А.Смольняковой , В.Н.Селюковой, кандидату химических наук В.В.Романову, сотрудникам ВНИИСС кандидатам химических наук - М.В.Прокофьевой и В.А.Петренко, а также В.И.Давыдовой, В.В.Титовой, принимавших участие в разработке и внедрении модифицированной карбоксиметилцеллюлозы и термостойких полимерных систем буровых растворов на их основе..
%
&
Теоретические исследования модифицированной карбоксиметилцеллюлозы
В конце 70-х годов, сотрудниками СевКавНИИгаза и ВНИИСС под руководством А.И.Черняховского, начаты работы по направленной модификации карбоксиметилцеллюлозы для бурения, предусматривающие не только увеличение термостойкости, но и повышение устойчивости полимеров к действию щелочноземельных металлов, увеличению флокулирующих, ингибирующих, капсулирующих и эмульгирующих свойств с конечной целью - получение недиспергирующих полимерных буровых систем нового поколения и внедрение их в газовой промышленности.
Экспериментальными исследованиями установлено, что добавка водорастворимых солей алюминия, в частности алюмокалиевых квасцов, к буровым растворам, обработанным КМЦ, повышает устойчивость этих систем к воздействию высоких температур [34, 35, 70]. Такое действие солей алюминия может быть объяснено ин-гибирующим действием катионов алюминия, которое возрастает в водно-щелочной среде бурового раствора за счет образования комплексных соединений [36-38]. В образующихся комплексах роль лигандов могут выполнять гидроксильные группы, молекулы воды, а также макромолекулы карбоксиметилцеллюлозы, которые образуют с катионами алюминия валентные и координационные связи за счет карбоксильных и гидроксильных групп (рис. 1).
Кроме того, образуя комплексные соединения, в которых в качестве лигандов фигурируют карбоксиметильные и гидроксильные группы разных молекул КМЦ, катионы алюминия выполняют роль кросс-агентов, сшивающих макромолекулы КМЦ и повышающих их молекулярную массу (рис. 2).
Частичная замена катионов натрия в молекуле КМЦ на алюминий, помимо прочего, увеличивает устойчивость реагента к агрессивному воздействию катионов щелочно-земельных металлов [39, 40].
Учитывая, что целлюлоза и ее карбоксиметильные производные подвергаются термоокислительной деструкции еще в процессе синтеза КМЦ на стадиях мерсеризации и этерификации, наиболее целесообразной технологией получения нового реагента стало исключение этих побочных процессов. Поэтому, в процессе синтеза КМЦ в реакционную массу вводились катионы алюминия в виде сернокислого алюминия, что позволило получить новый химический реагент для обработки буровых растворов - карбоалюминат с более высокими, чем обычной КМЦ, термо- и солеустойчивостью.
В процессе синтеза карбоалюмината происходит частичное замещение ионов натрия на ионы алюминия. Введение катионов алюминия в определенной степени повышало растворимость конечного продукта и вязкость его водных растворов по сравнению с контрольной партией КМЦ, что косвенно свидетельствует в пользу эффекта кросс-сшивки макромолекул КМЦ поливалентными катионами алюминия.
Помимо повышенной термо- и солеустойчивости, карбоалюминат обладает ингибирующей способностью к глинистым породам.
Трехвалентный катион алюминия может образовывать комплексы и с другими соединениями. Вводя в комплекс определенные дополнительные лиганды, можно направленно влиять на свойства комплекса. В процессе получения новой модификации полимера на основе КМЦ, получившего название карбоалюмилон, в качестве такого лиганда использована динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (рис. 3) [41,42]:
Молекулы динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты через катионы алюминия сшивают макромолекулы карбоксиметилцеллюлозы (рис. 4).
Кроме того, по-видимому, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты способствует сшивке через катион алюминия фрагментов молекул карбоксиметилцеллюлозы, образующихся в результате деструкции, и формированию укрупненных комплексных образований, находящихся в динамическом равновесии.
Помимо термостойкости, введение в систему звеньев этилендиаминтетрауксусной кислоты, повышает устойчивость модифицированной карбоксиметилцеллюлозы к действию катионов щелочноземельных металлов и обеспечивает ингиби-рующее и модифицирующее действие при смачивании глинистых минералов [43].
Известно, что основным фактором, определяющим солестойкость эфиров цел люлозы, является их химический состав [44, 45]. По данным авторов, эфиры целлю лозы, содержащие неионогенные группы и не являющиеся электролитами, устойчи вы к осаждающему действию катионов поливалентных и тяжелых металлов. Наличие в макромолекуле ионогенных функциональных групп обуславливает про текание ионообменных процессов, в которых участвуют различные катионы, при сутствующие в системе бурового раствора, и определяет солестойкость целлюлоз ного реагента. ш.Так стандартная КМЦ, содержащая в макромолекуле слабокислотную карбок-симетильную группу, характеризуется сравнительно невысокой устойчивостью к действиям солей кальция и магния (рис. 5) [46-50].
В данном случае в результате ионообменных процессов образуются слаборастворимые соли КМЦ и катионов щелочноземельных металлов. При этом устойчивость уменьшается с увеличением степени замещения КМЦ.
Лабораторные исследования термостойких буровых систем на основе карбоалюмилона
В процессе отработки режима получения карбоалюмилона установлено, что введение модифицирующих добавок сернокислого алюминия, динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, наиболее приемлемо за 30 минут до окончания смешения компонентов. В табл. 6 представлены результаты исследований количества и соотношения модифицирующих добавок на свойства товарного реагента. Оценка технологических свойств карбоалюмилона в процессе синтеза проводилась на 2 % водных растворах образцов. Результаты предварительных испытаний показали, что оптимальным вариантом для промышленного синтеза является образец № 3, содержащий 2,4 % сернокислого алюминия и 4 % динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, что и было принято за основу для подготовки к выпуску экспериментальной партии нового реагента на Наманганском химическом заводе. Более полная оценка нового реагента проводилась на глинистых суспензиях в условиях полиминеральной агрессии и высоких температур.
Для приготовлении бентонитовой суспензии использован метод пластифицирования: бентонитовая глина, количество которой составляло 20 % - 25 % от веса воды, замачивалась в дистиллированной воде и оставлялась на два дня. По истечении этого времени замоченная проба глины разбавлялась водой до пастообразного состояния и перемешивалась механической мешалкой в течение 15 минут. К полученной однородной массе добавляли такое количество воды, которое необходимо для получения текучей суспензии. Окончательное диспергирование и равномерное распределение глинистых частиц во всем объеме суспензии достигалось 4-х часовым интенсивным перемешиванием механической мешалкой. После перемешивания суспензия разбавлялась до необходимой плотности с последующим расчетом концентрации глины в г/л.
Для проведения технологических испытаний полимерных систем на основе карбоалюмилона использована бентонитовая дисперсия с концентрацией бентонита 70 г/л, насыщенная по хлориду натрия и содержащая по 5 г/л хлоридов кальция и магния. Системы обрабатывались различными образцами карбоалюмилона в концентрации 1,5 % и 2,5 %. После обработки полимерные глинистые системы тщательно перемешивались в течение 30 минут, выдерживались 24 часа и после повторного перемешивания проводились измерения технологических и структурно-реологических показателей. рН полимерных систем на основе карбоалюмилона регулировался вводом гидроксида натрия.
Определение технологических показателей проводилось с использованием известных методик и приборов компании "Барроид".
В табл. 7 представлены значения технологических показателей полимерных, насыщенных по хлориду натрия, в присутствие катионов кальция и магния систем, обработанных карбоалюмилоном до и после гидротермального воздействия при различных температурах от 180 С до 220 С .
Анализ экспериментальных данных, представленных в табл. 7, показывает, что до гидротермального воздействия все образцы полимерных бентонитовых систем, обработанных 1,5 % карбоалюмилона обладают высокими антифильтрационными свойствами, значения водоотдачи не превышают 3,0 см3 за 30 минут. При этом указанные полимерные системы имеют высокие структурно-реологические показатели. Увеличение концентрации полимера в буровой системе до 2,5 % приводит к дальнейшему улучшению антифильтрационных свойств (водоотдача снизилась до 0,5 см3 за 30 минут) и росту структурно-механических показателей: реологические характеристики соленасыщенной системы полностью теряют рабочие значения. Гидротермальная обработка при 180 С в течение 4 часов показала, что полимерные системы, обработанные 1,5 % карбоалюмилона, обеспечивают полную термостойкость соленасыщенных систем. Значения водоотдачи остаются на уровне исходных суспензий. При этом наблюдается заметный рост реологических и структурно-механических показателей. Увеличение температуры гидротермального воз действия до 200 С приводит к снижению антифильтрационных показателей. Особенно это заметно в системе, обработанной образцом карбоалюмилона № 2 (водоотдача достигает 18,0 см3 за 30 минут). Наибольшей устойчивостью в этих условиях обладают полимерные системы, стабилизированные образцами карбоалюмилона № 3 и № 6. Значения водоотдачи составляют соответственно 4,4 и 6,0 см3 за 30 минут. При этом системы сохраняют очень высокие значения пластической вязкости. Это позволяет выделить образцы карбоалюмилона № 3 и № 6, как наиболее перспективные.
Увеличение концентрации карбоалюмилона образцов № 3 и № 6 до 2,5 % позволило повысить температуру гидротермальной обработки до 220 С в течение 4 часов. Но и в данных условиях полимерные системы на основе карбоалюмилона сохраняли удовлетворительными антифильтрационные свойства, реологические и структурно-механические показатели, что полностью подтверждает высокую термо-и солеустойчивость полимерных буровых систем на основе карбоалюмилона.
Одной из отличительных особенностей нового реагента - карбоалюмилон от карбоалюмината, а тем более и от карбоксиметилцеллюлозы, является то, что укрупнение молекулы карбоксиметилцеллюлозы в процессе синтеза с образованием новых функциональных групп обеспечивает реагенту увеличение термостойкости и повышение гидрофильности при одновременном эффективном эмульгировании углеводородной фазы в системе бурового раствора. Такие свойства полученного реагента дают возможность использовать его как в пресных, так и минерализованных системах при резком сокращении углеводородной фазы. Кроме того, каталитическая активность глины успешно подавляется в результате адсорбции на ее поверхности молекул модифицированного реагента через карбоксильные группы с образованием сопряженных органо-минеральных связей, обеспечивая полимерной системе высокие смазочные свойства, близкие по значениям компактным эмульсиям.
В этой связи экспериментальные лабораторные исследования продолжены с использованием бентонитовой дисперсии с концентрацией бентонита 70 г/л, насыщенной по хлориду натрия и содержащей по 5 г/л хлоридов кальция и магния, с обязательным присутствием различных концентраций нефтяного компонента в виде дизельного топлива (ДТ). Системы обрабатывались карбоалюмилоном в концентрации 1,5 %. После обработки полимерные системы тщательно перемешивались в течение 30 минут, выдерживались 24 часа и после повторного перемешивания проводились измерения технологических и структурно-реологических показателей. рН полимерных систем и полимерно-компактных эмульсий регулировался вводом гидроксида натрия.
Промышленные испытания термостойких полимерных буровых систем на основе карбоалюмината
Технологические показатели бурового раствора по указанным скважинам полностью соответствовали ГТН. Следует отметить, что при бурении скважин № 4, 1 и 3 площади Чартак отмечались поглощения глинистого раствора различной ин-тенсивности - на скважине № 4 - 0,24 м /м, на скважине № 1 - 1,0 м /м и на скважине № 3 - 0,29 м3/м. Только на скважине № 2 поглощений бурового раствора не отмечено.
Средняя плотность бурового раствора на всех скважинах была одинаковой.
Анализ результатов промысловых исследований показал, что применение карбоалюмината целлюлозы для стабилизации бурового раствора обеспечило механическую скорость бурения до 1,06 м/час, сократило время на промывку и проработку скважины до 0,12 час/м, а время на приготовление и обработку раствора до 0,02 час/м. Одновременно отмечается сокращение расхода суммы реагентов-стабилизаторов по скважине № 4 (карбоалюминат + крахмал) - 29,75 кг/м; по сравнению со скважиной № 2 (КМЦ + крахмал) - 85,76 кг/м; скважиной № 1 (КМЦ + крахмал + КССБ) - 59,7 кг/м и скважиной № 3 (КМЦ + крахмал + КССБ) - 42,0 кг/м.
Кроме того, отмечено резкое сокращение расхода барита, каустической и кальцинированной соды.
Необходимо отметить, что несмотря на применение на скважине № 3 синер-гической смеси ингибиторов термоокислительной деструкции - карбамида и диэта-ноламина - для обработки глинистого раствора - суммарный расход реагентов-стабилизаторов (КМЦ + крахмал + КССБ) в 1,4 раза выше, чем на скважине № 4 (карбоалюминат + крахмал).
По скважинам № 1 и № 2, на которых не применялись ингибиторы термоокислительной деструкции для обработки бурового раствора, суммарный расход реагентов-стабилизаторов (КМЦ + крахмал + КССБ и КМЦ + крахмал) соответственно выше в 2,0 и 2,9 раза.
Промышленные испытания термостойкой соленасыщенной полимерной системы бурового раствора, стабилизированной карбоалюминатом целлюлозы позволили установить, что разработанный реагент обеспечивает длительную устойчивость антифильтрационных свойств к агрессивному действию высокой забойной температуры.
На глубине 3520 м соленасыщенный буровой раствор был обработан 200 кг карбоалюмината и 400 кг крахмала - и в результате обработки водоотдача снизилась с 10 см3 до 5 см3. Это дало возможность в течение пяти суток не вводить реагенты-стабилизаторы и пробурить 40 метров горных пород.
Наряду с положительными свойствами карбоалюмината целлюлозы следует отметить сравнительно низкую устойчивость реагента к действию щелочноземельных катионов (кальция и магния) при полном насыщении системы бурового раствора хлоридом натрия.
Так при бурении скважины № 4 Чартак в интервале 3741-3 810м в результате накопления в фильтрате раствора ионов кальция в количестве 4000 мг/л и ионов магния - 500 мг/л, отмечено резкое увеличение водоотдачи (до 20 см ). Кроме увеличения водоотдачи катионы щелочно-земельных металлов снизили термостойкость соленасыщенной системы, что привело к повышению расхода реагентов-стабилизиторов. Снижение концентрации ионов кальция до 1000 мг/л в результате химической обработки бурового раствора кальцинированной содой с одновременным вводом карбоалюмината, обеспечило изменение антифильтрационных показателей (водоотдача снизилась до 3,0 см ) и восстановление термостойкости. В течение восьми суток водоотдача оставалась без изменений. Расход карбоалюмината целлюлозы составил 500 кг. В этот период времени проводились электрометрические работы и подготовка ствола скважины к спуску технической колонны диаметром 194 мм.
Бурение скважины № 4 Чартак продолжено в интервале 3930-4011 м с промывкой высокоутяжеленной соленасыщенной системой бурового раствора, стабилизированной карбоалюминатом целлюлозы. Характерной особенностью бурения в данном интервале является резкое снижение расхода карбоалюмината целлюлозы. Так затраты 200 кг карбоалюмината на обработку бурового раствора, позволило в течение семи суток сохранить водоотдачу в пределах 4,5 - 6,5 см3 при забойной температуре 140 С - 142 С. Это свидетельствует о том, что высокое содержание твердой фазы бурового раствора не только не вызывает деструкции карбоалюмината целлюлозы, но и повышает эффект стабилизации , одновременно увеличивая термостойкость системы.
Промышленные испытания термостойких полимерных буровых систем на основе карбоалюмилона
Но не только это является принципиальным отличием гипсовой нефтеэмуль-сионной системы на основе карбоалюмилона, а прежде всего его солеустойчивость. Данные табл. 26 показывают, что максимальное содержание кальций-иона в фильтрате достигало 2000 мг/л, при концентрации магний-иона - 3900 мг/л и хлорида натрия - 209,6 г/л. В таких условиях КМЦ-600, 700 полностью теряют стабилизирующие свойства, а система - термостойкость. Анализ результатов применил карбоалюмилона показал, что расход реагента снизился до 3,45 кг/м по сравнению с расходом на скважине № 326, который составлял 7,5 кг/м.
Одновременно отмечено резкое сокращение расхода и других реагентв и материалов, таких как каустик, барит, нефть и др.
Следует отметить и еще одну очень важную особенность применения гипсовой нефтеэмульсионной системы бурового раствора на основе карбоалюмилона -практически полное отсутствие сальников на бурильном инструменте и долоте.
Таким образом, использование нового реагента карбоалюмилона при бурении скважин на Карачаганакском НГКМ позволило установить снижение диспергирования и гидратации глинистых пород, хорошее эмульгирование нефти до образования "компактной" эмульсии при высокой термо- и солеустойчивости.
Применение нового реагента способствует значительному повышению техни-котэкономических показателей бурения за счет сокращения общего расхода химических реагентов, повышения механической скорости проходки на долото.
Выполненные исследования дали основания заключить, что наиболее перспективным направлением развития систем буровых растворов являются недиспер-гирующие полимерные системы на основе водорастворимых полимеров с определенными химическими и физико-химическими свойствами.
Теоретическими исследованиями установлено, что одной из возможностей направленной модификации натрийкарбоксиметилцеллюлозы с целью повышения ее термо- и солеустойчивости с одновременным увеличением ингибирующей и капсулирующей способности является использование кросс- и блокагентов, вводимых в полимер в процессе синтеза. Использование солей алюминия в процессе карбоксиметилирования приводит к образованию комплексных соединений, в которых в качестве лигандов фигурируют карбоксиметильные и гидроксильные группы разных молекул КМЦ, катионы алюминия выполняют роль кросс-агентов, сшивающих макромолекулы КМЦ и повышающих их молекулярную массу. Частичная замена катионов натрия в молекуле КМЦ на алюминий, помимо прочего, увеличивает устойчивость реагента к агрессивному воздействию катионов щелочно-земельных металлов. С использованием указанных теоретических представлений произведена наработка экспериментальных партий реагентов для лабораторных исследований. Положительные результаты лабораторных исследований дали основания разработать схему синтеза и промышленную технологию получения модифицированного эфира карбоксиметилцеллюлозы, получившего официальное название КМЦ-М-карбоалюминат.
Теоретические исследования дали возможность установить, что трехвалентный катион алюминия может образовывать комплексы и с другими соединениями. Вводя в комплекс определенные дополнительные лиганды можно направленно влиять на свойства комплекса. В процессе получения нового модифицированного эфира на основе КМЦ, получившего название КМЦ-М-карбоалюмилон, в качестве такого лиганда использована динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. Показано, что одним из направлений, обеспечивающим повышение устойчивости модифицированной карбоксиметилцеллюлозы к высаливающему действию двух- и трехвалентных катионов, является предположение о том, что в молекуле целлюлозы уже имеются неионогенные функциональные группы (ОН, СНгОН) и повысить их концентрацию в молекуле КМЦ можно не только введением их в молекулу КМЦ (например, в виде оксиэтильной группы), но и просто уменьшением концентрации карбоксиметильных групп в конечном продукте, то есть снижением значения степени замещения. Положительные результаты лабораторных исследований обеспечили разработку схемы синтеза и промышленную технологию получения модифицированного эфира карбоксиметилцеллюлозы, получившего название КМЦ-М-карбо алюмин ат-НЗ.
На основе полученных модифицированных эфиров карбоксиметилцеллюлозы разработаны системы термостойкого полимерного соленасыщенного бурового раствора и термостойкого ингибированного полимерного бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюминат, термостойкого полимерного минерализованного бурового раствора для предупреждения и ликвидации поглощений, термостойкого гипсового нефтеэмульсионного полимерного бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюмилон устойчивых к действию высоких температур и давлений, технологические особенности которых подтверждены результатами лабораторных исследований и широких промысловых испытаний.
Промышленные испытания, проведенные на площадях Восточной Туркмении, Карачаганакском, Астраханском и др. месторождениях, подтвердили высокую эффективность новых модифицированных эфиров карбоксиметилцеллюлозы и систем полимерных буровых растворов на их основе. Результаты промышленных испытаний обеспечили возможность проведения Межведомственной приемочной комиссии, которая рекомендовала приступить к выпуску промышленных партий модифицированных полимеров. Расчет экономического эффекта по результатам промышленных испытаний КМЦ-М-карбоалюминат, утвержденный Министерством газовой промышленности СССР и Министерством химической промышленности СССР, со ставил 1806,0 руб. на тонну продукта в ценах 1987 г., подготовлена заявка предприятий Министерства газовой промышленности СССР по годам, начиная с 1988 г., согласована оптовая цена КМЦ-М-карбоалюминат.
Результаты промышленных испытаний полимерного бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюмилон, проведеных на Карачаганакском НГКМ, показали высокую эффективность разработанной системы, оформлены актом ведомственной комиссии, назначенной распоряжением Министерства газовой промышленности СССР № 06-12/201 от 17.10.1989 г. Расчет экономического эффекта от внедрения ингибированного полимерного бурового раствора на основе КМЦ-М-карбоалюмилон составил 22,3 руб. на метр проходки в ценах 1989 г. при объеме использования на 5836 м проходки.
Результаты испытаний убедительно показали научную и практическую состоятельность предложенных термостойких полимерных систем буровых растворов на основе модифицированной карбоксиметилцеллюлозы.
