Химическая обработка выбуренной породы для повторного закачивания в подземные формации

Номер патента: 16279

Опубликовано: 30.03.2012

Авторы: Техрани Мостафа Ахмади, Джордж Мэри Энн

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ суспендирования обломков выбуренной породы, включающий

смешение загрязненных нефтью обломков выбуренной породы, воды и по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества;

эмульгирование по меньшей мере части нефтяных загрязнений внутри смеси и

формирование текучей суспензии обломков выбуренной породы в воде.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий смешение по меньшей мере одного ингибитора набухания глинистых пород с загрязненными нефтью обломками выбуренной породы, водой и по меньшей мере одним поверхностно-активным веществом.

3. Способ по п.1, в котором по меньшей мере поверхностно-активное вещество и загрязненные нефтью обломки выбуренной породы смешивают перед добавлением воды.

4. Способ по п.2, в котором по меньшей мере один ингибитор набухания глинистых пород и воду смешивают перед добавлением загрязненных нефтью обломков выбуренной породы.

5. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере один компонент из полимеров на основе акрилатов, алкилсульфатов, этоксилированных спиртов, лигносульфонатов, производных алифатических кислот и полимеризованных ненасыщенных алифатических кислот.

6. Способ по п.2, в котором по меньшей мере один ингибитор набухания глинистых пород включает по меньшей мере один компонент из аминов, аминных производных простых полиэфиров и солей калия.

7. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество имеет значение гидрофильно-липофильного баланса (HLB), варьирующее от 3 до 15.

8. Способ по п.7, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество имеет значение гидрофильно-липофильного баланса (HLB), варьирующее от 5 до 14.

9. Способ по п.1, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 10% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества.

10. Способ по п.8, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 20% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества.

11. Способ по п.9, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 30% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества.

12. Способ суспендирования обломков выбуренной породы, включающий

смешение по меньшей мере одного ингибитора набухания глинистых пород и воды;

смешение загрязненных нефтью обломков выбуренной породы и по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества;

смешение смеси по меньшей мере одного ингибитора набухания глинистых пород и воды со смесью загрязненных нефтью обломков выбуренной породы и по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества;

эмульгирование по меньшей мере части нефтяных загрязнений внутри смеси и

формирование текучей суспензии обломков выбуренной породы в воде.

13. Способ по п.12, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере один компонент из полимеров на основе акрилатов, алкилсульфатов, этоксилированных спиртов, лигносульфонатов, производных алифатических кислот и полимеризованных ненасыщенных алифатических кислот.

14. Способ по п.12, в котором по меньшей мере один ингибитор набухания глинистых пород включает по меньшей мере один компонент из аминов, аминных производных простых полиэфиров и солей калия.

15. Способ по п.12, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество имеет значение гидрофильно-липофильного баланса (HLB), варьирующее от 3 до 15.

16. Способ по п.15, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество имеет значение гидрофильно-липофильного баланса (HLB), варьирующее от 5 до 14.

17. Способ по п.12, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 10% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества.

18. Способ по п.17, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 20% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества.

19. Способ по п.18, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 20% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества.

Текст

Смотреть все

ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ ДЛЯ ПОВТОРНОГО ЗАКАЧИВАНИЯ В ПОДЗЕМНЫЕ ФОРМАЦИИ Описан способ суспендирования обломков выбуренной породы, который включает смешение загрязненных нефтью обломков выбуренной породы, воды и по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества; эмульгирование по меньшей мере части нефтяных загрязнений внутри смеси; и формирование суспензии обломков выбуренной породы в воде с высокой степенью текучести. Техрани Мостафа Ахмади, Джордж Мэри Энн (GB) Медведев В.Н. (RU) 016279 Область техники, к которой относится изобретение Представленные здесь варианты осуществления в целом относятся к способам суспендирования обломков выбуренной породы для повторного закачивания на производственной площадке. Более конкретно, представленные здесь варианты осуществления относятся к химической обработке обломков выбуренной породы для суспендирования и повторного закачивания на производственной площадке. Уровень техники При бурении скважин буровое долото используют для пробуривания многих тысяч футов в земной коре. На установках для бурения нефтяных скважин обычно употребляют буровую вышку, которая возвышается над буровой платформой. Буровая вышка обеспечивает опору для соединения друг с другом одной за другой труб буровой колонны, выполняемого встык во время буровых работ. По мере того как буровое долото все глубже внедряется в землю, к постоянно удлиняющейся "колонне" или "буровой колонне" добавляют дополнительные отрезки труб. Поэтому буровая колонна включает множество стыков трубы. Скважинные флюиды, или буровые растворы, нагнетают с платформы для бурения скважины через буровую колонну и к буровому долоту, закрепленному на нижнем, или отдаленном, конце буровой колонны. Флюиды смазывают буровое долото и выносят наружу из скважины обломки выбуренной породы, образованные буровым долотом по мере его углубления. Обломки выбуренной породы выносятся возвращающимся потоком бурового раствора, текущим через межтрубное пространство скважины и обратно на платформу для бурения скважины на поверхности земли. Когда буровой раствор достигает платформы, он загрязнен мелкими кусочками глинистого сланца и породы, которые известны в промышленности также как буровой шлам или обломки выбуренной породы. Как только обломки выбуренной породы, буровой раствор и прочие отходы достигают платформы, обычно используют "вибрационное сито" для отделения бурового раствора от обломков выбуренной породы, чтобы буровой раствор можно было использовать вновь. Оставшиеся обломки выбуренной породы, отходы и остаточный буровой раствор затем транспортируют в резервуар-хранилище для утилизации. В некоторых ситуациях, например,для специфических типов бурового раствора, буровой раствор нельзя использовать повторно, и его нужно утилизировать. Как правило, не подлежащий повторному употреблению буровой раствор утилизируют отдельно от бурового шлама и прочих отходов, транспортируя буровой раствор в резервуаре к месту утилизации. Утилизация обломков выбуренной породы и бурового раствора составляет сложную экологическую проблему. Обломки выбуренной породы содержат не только остаточный отработанный буровой раствор,который может загрязнять окружающую среду, но также могут содержать нефть и другие отходы, которые являются особенно опасными для окружающей среды, в особенности, когда бурение производят в морских глубинах. Например, в Мексиканском заливе стоят сотни буровых платформ, которые добывают нефть и газ бурением морского дна. Эти буровые платформы могут быть использованы в местах, где глубина воды составляет многие сотни футов. В такой морской среде в воде обычно находится множество морских животных, для которых сброс обломков выбуренной породы мог бы быть губительным. Поэтому существует потребность в простом, но реально осуществимом решении проблемы утилизации выбуренной из скважины породы, бурового раствора и/или прочих отходов в морской и другой легко уязвимой окружающей среде. Традиционные способы утилизации включают разгрузку навалом, транспортировку по шламовой трубе, громоздкие конвейерные ленты, шнековые конвейеры и промывные работы, которые требуют расхода огромных количеств воды. Добавление воды создает дополнительные проблемы резкого увеличения объема и массы, загрязнения, и транспортные проблемы. Размещение конвейеров требует перепланировки производственной площадки и сопряжено со значительными затратами времени и средств на монтаж. Еще один способ утилизации включает возвращение обломков выбуренной породы, бурового раствора и/или прочих отходов в подземную формацию путем закачивания под высоким давлением. В общем процесс закачивания включает приготовление суспензии в расположенном на поверхности оборудовании, и нагнетание суспензии в скважину, которая протягивается относительно глубоко под землю в приемный пласт или надлежащую формацию. Базовые стадии процесса включают выявление подходящего пласта или формации для нагнетания; приготовление надлежащей нагнетательной скважины; составление суспензии, которое включает учет таких факторов, как вес, содержание твердого вещества,величина рН, гелеобразование и т.д.; выполнение операций закачивания, которое включает определение и контроль значений производительности насосной установки, такой как объем в единицу времени и давление; и каптаж скважины. В некоторых случаях обломки выбуренной породы, которые все еще загрязнены некоторым количеством нефти, транспортируют с буровой установки на морскую буровую установку или на берег в форме густой тяжелой вязкой пасты или суспензии для закачивания в подземную формацию. Обычно материал помещают в специальные бадьи емкостью около 10 т, которые загружают краном с буровой установки на транспортные суда. Это является трудной и опасной операцией, которая может быть трудо-1 016279 емкой и дорогостоящей. Во время операций нагнетания обломков выбуренной породы готовят суспензию, включающую флюид и обломки выбуренной породы. Как правило, суспензию готовят смешением друг с другом обломков выбуренной породы, предварительно рассортированных по величине, в желательном соотношении с флюидом, таким как морская вода, таким образом, что получается суспензия, которая содержит обломки выбуренной породы в таком количестве, чтобы быть пригодной к перекачиванию без излишних давлений нагнетания, для чего зачастую требуются большие объемы морской воды. После приготовления суспензии таковую нагнетают из резервуара-хранилища в ствол скважины с помощью нагнетательного насоса высокого давления, либо непосредственно, либо после хранения в течение некоторого периода времени в резервуаре для хранения. Поскольку все ужесточающиеся законодательные нормативы сброса бурового шлама понуждают операторов и подрядчиков буровых работ сокращать объемы буровых отходов, существует непреходящая потребность в усовершенствовании способов повторного закачивания. Сущность изобретения В одном аспекте представленные здесь варианты осуществления относятся к способу суспендирования обломков выбуренной породы, который включает смешение загрязненных нефтью обломков выбуренной породы, воды и по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества; эмульгирование по меньшей мере части нефтяных загрязнений внутри смеси; и формирование суспензии обломков выбуренной породы в воде с высокой степенью текучести. В другом аспекте представленные здесь варианты осуществления относятся к способу суспендирования обломков выбуренной породы, который включает смешение по меньшей мере одного ингибитора набухания глинистых пород и воды; смешение загрязненных нефтью обломков выбуренной породы и по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества; смешение смеси по меньшей мере одного ингибитора набухания глинистых пород и воды со смесью загрязненных нефтью обломков выбуренной породы и по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества; эмульгирование по меньшей мере части нефтяных загрязнений внутри смеси; и представлено формирование суспензии обломков выбуренной породы в воде с высокой степенью текучести. Прочие аспекты и преимущества изобретения будут очевидными из нижеследующего описания и прилагаемых пунктов формулы изобретения. Краткое описание чертежей Фиг. 1 схематически показывает систему суспендирования и повторного закачивания. Фиг. 2 представляет графическое изображение зависимости реологических характеристик суспензии от времени. Подробное описание В одном аспекте представленные здесь варианты осуществления относятся к химической обработке загрязненных нефтью обломков выбуренной породы во время суспендирования обломков выбуренной породы для утилизации путем повторного закачивания бурового шлама. В еще одном аспекте представленные здесь варианты осуществления относятся к химической обработке обломков выбуренной породы,содержащих водовосприимчивые глины, во время суспендирования обломков выбуренной породы для утилизации путем повторного закачивания бурового шлама. В частности, представленные здесь варианты осуществления относятся к применению поверхностно-активных веществ и/или ингибиторов набухания глинистых пород для суспендирования обломков выбуренной породы. С привлечением теперь фиг. 1, показана система суспендирования и повторного закачивания обломков выбуренной породы согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления система 100 суспендирования находится в жидкостной коммуникации с системой 114 повторного закачивания. В условиях эксплуатации система 100 суспендирования производит суспензию, а система 114 повторного закачивания нагнетает суспензию в ствол скважины 115. В одном варианте осуществления система 100 суспендирования включает резервуар 103 для хранения обломков выбуренной породы, смеситель 105 для суспендирования и резервуар 106 для хранения первичной суспензии. При эксплуатации обломки выбуренной породы нагнетают в резервуар 103 для хранения обломков выбуренной породы с находящейся выше по потоку операции обработки (например,вибрационного сепаратора). Буровой шлам из резервуара 103 для хранения обломков выбуренной породы смешивают с флюидами 104 в смесителе 105 для получения суспензии обломков выбуренной породы. Специалисты с обычной квалификацией в этой области технологии будут принимать во внимание, что,хотя основную долю содержания твердых веществ могут составлять обломки выбуренной породы, подаваемые из резервуара 103 для хранения обломков выбуренной породы, в определенных вариантах изобретения, содержащиеся твердые вещества также могут включать утяжелители и/или химические добавки, либо не удаленные во время операций обработки выше по потоку, либо добавленные для улучшения суспензии. Далее, специалисты с обычной квалификацией в этой области технологии будут принимать во внимание, что в определенных вариантах осуществления резервуар 103 для хранения обломков выбуренной породы может включать многочисленные резервуары или системы резервуаров, в которых обломки вы-2 016279 буренной породы могли быть предварительно рассортированы по величине. Таким образом, в одном варианте осуществления нагнетание обломков выбуренной породы из одного из резервуаров 103 для хранения обломков выбуренной породы может включать нагнетание обломков выбуренной породы соответственно размеру (например, тонкодисперсные частицы или крупные обломки выбуренной породы), и при конкретном расходе потока давать суспензии с конкретным содержанием твердых веществ. В конкретном варианте осуществления смеситель 105 может включать насос, в котором флюид и обломки выбуренной породы смешиваются между собой, тем самым обеспечивая формирование смеси флюида и твердого материала. Более конкретно, насос может создавать вакуум, с помощью которого флюид и обломки выбуренной породы всасываются в насос, где смесь флюида и твердого материала может быть подвергнута механической и гидравлической сдвиговой нагрузке для создания суспензии. Одним примером насоса, который может быть использован в представленных здесь вариантах осуществления, является смеситель порошков и жидкостей с высоким сдвиговым усилием FLASHBLEND, имеющийся в продаже на рынке от фирмы Silverson Machines, Inc. Однако в вариантах осуществления настоящего изобретения и системах могут быть альтернативно использованы другие смесительные и нагнетательные устройства, действующие так, как представлено выше. Специалисты с обычной квалификацией в этой области технологии будут принимать во внимание, что примеры других насосов, которые могут быть применены для облегчения смешения твердого материала и флюида, включают, например,центробежные насосы. При употреблении центробежных насосов обломки выбуренной породы смешиваются с суспендирующим флюидом и проходят через насос, который имеет узкий зазор и упрочненные лопасти, которые размельчают обломки выбуренной породы на более мелкие частицы. Зачастую могут быть реализованы несколько проходов через насосы, чтобы получить однородную суспензию с желательным размером частиц. После получения первичной суспензии в смесителе 105 первичную суспензию переводят в резервуар 106 для хранения первичной суспензии. Суспензия может быть приготовлена в циклическом периодическом режиме, так что может быть приготовлено большое количество суспензии, а затем отправлено на хранение. В общем, в то время как некоторые суспензии согласно настоящему изобретению могут храниться в течение периодов времени без отделения твердого материала от жидкой фазы суспензии, в определенных вариантах осуществления все-таки может быть преимущественным употребление мешалок(например, механических перемешивающих устройств) в резервуаре 106 для хранения суспензии для обеспечения того, что первичная суспензия не будет разделяться на свои составные части. Альтернативно, в определенных аспектах приготовление первичной суспензии может производиться, по существу, в непрерывном, но не в циклическом периодическом режиме, и в таких операциях необходимость в перемешивающих устройствах может отпадать. Суспензию хранят в резервуаре 106 для хранения первичной суспензии, где она остается до тех пор,пока не потребуется для дальнейшего повторного закачивания в систему 114 повторного закачивания. Выпускной патрубок 107 системы 100 суспендирования находится в жидкостной коммуникации с впускным патрубком 120 системы 114 повторного закачивания обломков выбуренной породы. Система 114 повторного закачивания обломков выбуренной породы также включает нагнетательный насос 121, размещенный поблизости от ствола скважины 115. Специалисты с обычной квалификацией в этой области технологии будут принимать во внимание, что насос 121 может включать и высоконапорные насосы, и низконапорные насосы, и прочие нагнетательные устройства, известные специалистам с обычной квалификацией в этой области технологии, способные нагнетать или иным образом стимулировать транспортирование флюида в ствол скважины. Далее в определенных вариантах осуществления высокое содержание твердых веществ в суспензии, полученной в системе 100, может потребовать применения дополнительного давления (то есть, высоконапорного насоса) для облегчения нагнетания суспензии в скважину. Однако в других определенных вариантах осуществления для стимулирования закачивания может быть вполне подходящим низконапорный насос. В этом варианте осуществления система повторного закачивания может включать высоконапорный нагнетательный насос 121, размещенный поблизости от ствола скважины 115. Когда суспензия приготовлена в системе 100 суспендирования, нагнетательный насос 121 приводят в действие для закачивания суспензии в ствол скважины 115. Специалисты с обычной квалификацией в этой области технологии будут принимать во внимание, что приготовление и повторное закачивание суспензии могут производиться в непрерывном или периодическом режиме. Далее в то время как вышеизложенное представляет упрощенное описание суспендирования и повторного закачивания обломков выбуренной породы, специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии было бы понятно, что при существовании огромного множества способов и систем для суспендирования и повторного закачивания настоящее изобретение не должно ограничиваться вышеизложенным. Скорее способы и композиции согласно настоящему изобретению могут быть использованы в любом способе и системе для утилизации обломков выбуренной породы путем суспендирования в воде или морской воде и закачивания суспендированных обломков выбуренной породы в подземную формацию. Примеры других способов и систем для суспендирования и повторного закачивания включают таковые, описанные, к примеру, в патентах США 4942929, 5129469, 5226749, 5310285, 5314265,-3 016279 5405223, 5405224, 5589603, 5961438, 5339912, 5358049, 5662169, 6106733 и 6119779, каждый из которых упомянут здесь для сведения во всей своей полноте. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения суспендирование обломков выбуренной породы, например, выполняемое в вышеописанном смесителе 105 для суспендирования, производят с добавлением к загрязненному нефтью буровому шламу флюида, такого как вода, рассол, морская вода и т.д., и поверхностно-активного вещества и/или ингибитора набухания глинистых сланцев. Без таких химических добавок вязкий слой из нефти и бурового раствора, окружающий обломки выбуренной породы, который делает их смачиваемыми нефтью, препятствует эффективному контакту между водой и обломками выбуренной породы во время процессов суспендирования, и в результате загрязненные нефтью обломки выбуренной породы склонны к слипанию друг с другом и формированию липкой массы. Таким образом, как правило, для получения суспензии употребляются увеличенные количества воды,которые могут быть закачаны в скважину без избыточных напорных давлений, что в противном случае было бы необходимым для нагнетания густой массы загрязненных нефтью обломков выбуренной породы. Далее для обломков выбуренной породы, содержащих водовосприимчивые глины, при суспендировании в воде гидратация глины со временем может привести к образованию липких частиц глины, с потенциальной опасностью создания осложнений эксплуатации оборудования на поверхности и/или засорения скважины. Таким образом, в одном аспекте настоящего изобретения к смеси обломков выбуренной породы и воды могут быть добавлены поверхностно-активные вещества и/или ингибиторы набухания глинистых пород для способствования суспендированию обломков выбуренной породы в уменьшенном объеме воды, в то же время с образованием суспензии с высокой степенью текучести и способности к перекачиванию. Посредством добавления поверхностно-активного вещества в процессе суспендирования маслянистые материалы, остающиеся на поверхности обломков выбуренной породы, могут быть отделены от обломков выбуренной породы и эмульгированы с помощью поверхностно-активного вещества внутри суспензии. Благодаря формированию эмульсии маслянистых материалов внутри воды для суспендирования обломков выбуренной породы может потребоваться меньшее количество воды, чем таковое, требуемое для суспендирования загрязненных нефтью обломков выбуренной породы. Как является общепринятым в технологии, термины поверхностно-активный реагент, поверхностно-активное вещество,диспергатор, и эмульгатор или эмульгирующий реагент, употребляются взаимозаменяемо для обозначения химического компонента, который стабилизирует эмульсию. Специалист с обычной квалификацией в этой области технологии должен принимать во внимание, что такие соединения действуют на поверхности раздела маслянистых и немаслянистых флюидов и снижают разность величин поверхностного натяжения между двумя слоями. Способность любого конкретного эмульгатора стабилизировать представленные здесь прямые эмульсии может быть испытана обычными экспериментальными методами, известными в технологии. Поверхностно-активные вещества имеют амфифильную молекулярную структуру, то есть структуру, которая является полярной (гидрофильной) на одном конце и неполярной (липофильной/гидрофобной) на другом. В общем, гидрофильные группы могут быть катионными (органические амины - в особенности с тремя углеводородными цепями, присоединенными к атому азота), анионными(алифатические кислоты или сульфаты с углеводородными цепями) или неионными (органические соединения с кислородсодержащими группами, такие как спирты, сложные эфиры и простые эфиры), тогда как гидрофобные, или липофильные, группы могут представлять собой длинные, линейные или разветвленные, углеводородные цепи, циклические углеводородные фрагменты, ароматические углеводородные фрагменты и/или комбинации таковых. Поверхностно-активное вещество, имеющее надлежащий гидрофильно-липофильный баланс (HLB,ГЛБ), может быть выбрано в зависимости от типа маслянистого материала, покрывающего обломки выбуренной породы. Термин "HLB" (Гидрофильно-Липофильный Баланс) касается отношения гидрофильности полярных групп в молекулах поверхностно-активного вещества к гидрофобности липофильной части тех же молекул. В некоторых вариантах осуществления могут быть использованы поверхностноактивные вещества, пригодные для применения в настоящем изобретении, имеющие низкий (1-3) или высокий (более 10) гидрофильно-липофильный баланс (HLB), тогда как в других вариантах осуществления может быть желательным наличие вариации гидрофильно-липофильного баланса (HLB) от среднего до высокого, от 3 до 15, или от 5 до 14 в прочих вариантах осуществления. Специалист с обычной квалификацией в этой области технологии должен принимать во внимание, что разнообразные маслянистые материалы для формирования наиболее устойчивой эмульсии требуют употребления поверхностноактивных веществ с различным гидрофильно-липофильным балансом (HLB). Специалист с обычной квалификацией в этой области технологии должен принимать во внимание, что поверхностно-активные вещества, имеющие желательные значения гидрофильно-липофильного баланса (HLB) для разнообразных маслянистых материалов, могут быть определены экспериментально. В конкретном варианте осуществления поверхностно-активные вещества, в особенности пригодные для формирования прямых эмульсий, могут включать, например, простые эфиры сорбита, сложные эфиры гликолей, алкиловые простые эфиры, алкилированные полиглюкозиды, алкильные сложные эфиры,-4 016279 алкилсульфаты, алкилсульфонаты, этоксилированные спирты с различными соотношениями "ЕО-РО"("этиленоксид-пропиленоксид"), производные алифатических кислот. В других вариантах осуществления прямые эмульсии могут быть сформированы с использованием коллоидальных материалов, таких как пирогенный диоксид кремния, глины, гидроксиэтилцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, полимеров на основе акрилатов, ксантановой камеди, модифицированного крахмала, лигносульфонатов и танинов. Далее, специалист с обычной квалификацией в этой области технологии должен принимать во внимание,что этот список не является исчерпывающим, и что в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения могут быть применены другие поверхностно-активные вещества. Такие поверхностноактивные вещества могут быть использованы, например, в количестве от около 0,1 до 10% по весу от количества обломков выбуренной породы, что является достаточным для многих вариантов употребления. Однако, специалист с обычной квалификацией в этой области технологии должен принимать во внимание, что в других вариантах осуществления может быть применено большее или меньшее количество. В дополнение к поверхностно-активным веществам, к смеси обломков выбуренной породы и воды могут быть также добавлены ингибиторы набухания глинистых пород, чтобы стабилизировать любые водовосприимчивые или реакционно-способные глины, присутствующие в обломках выбуренной породы. Как известно в технологии, обычно глины могут быть классифицированы как относящиеся либо к набухающим, либо к диспергируемым глинам. Набухающие глины, такие как смектиты и смеси смектитов, будучи обработанными водой, поглощают воду и переходят в "пластическую фазу", когда они становятся мягкими и липкими, что может вызывать агломерацию обломков выбуренной породы и закупорку оборудования для закачивания и циркуляции на поверхности. Диспергируемые глины, такие как каолинит и иллит, включают однозернистые частицы, склонные отталкиваться друг от друга. При воздействии воды, благодаря малой массе и характеристикам отталкивания, они легко разъединяются и переносятся водой. Такое диспергирование при действии воды также может составить проблему, так как диспергированные частицы увеличивают концентрацию мелких фракций, которая, в свою очередь, повышает вязкость суспензии и давления нагнетания, необходимые для закачивания суспензии в ствол скважины, тем самым обусловливая необходимость дополнительного разбавления суспензии водой. Таким образом, добавлением подходящего ингибитора набухания глинистых пород к смеси обломков выбуренной породы с водой набухание или диспергирование глинистых частиц может быть сведено к минимуму, и также минимизированы связанные с этим проблемы. Специалист с обычной квалификацией в этой области технологии должен принимать во внимание, что тип ингибитора, пригодного для каждого варианта применения, будет зависеть от типа глины, присутствующей в обломках выбуренной породы. Как представляется, в диспергируемых глинах стабилизация глин происходит путем присоединения ионных ингибиторов к поверхности глинистых частиц, что способствует удержанию частиц глины вместе и предотвращает диспергирование. В набухающих глинах, как представляется, стабилизация подобным образом обусловливается присоединением ингибиторов к поверхности частиц глины; однако считается, что ингибиторы препятствуют набуханию благодаря конкуренции с молекулами воды за занятие реакционных центров глины. Примеры общеупотребительных ингибиторов набухания глинистых пород включают соли (такие как соли калия, в том числе калиевую соль дифосфорной кислоты и хлорид калия), амины, аминные производные простых полиэфиров и т.д. Примеры Нижеследующие примеры демонстрируют действие различных поверхностно-активных веществ и ингибиторов набухания глинистых сланцев на степень разбавления, необходимого для суспендирования,и на реологические характеристики суспензии обломков выбуренной породы. Измерения проводили на суспензиях, приготовленных из синтетического бурового шлама, полученного из оксфордской глины,просеянной через сито с размером в диапазоне 2-4 мм, и смешанной с буровым раствором на масляной основе так, чтобы концентрация "масла на частицах" (OOC) стала равной 10 вес.%. После добавления морской воды к буровому шламу частицы такового были измельчены с образованием однородной суспензии в смесителе Варинга с остро заточенными лопастями. Степень разбавления при формировании суспензии должна была быть достаточной для образования суспензии с высокой степенью текучести. В испытаниях с использованием поверхностно-активных веществ добавки вносили в буровой шлам перед добавлением морской воды, тогда как ингибиторы набухания глинистых сланцев добавляли к морской воде перед добавлением бурового шлама. Когда суспензия становилась способной к течению, ее пропускали через стандартные сита для оценки среднего размера частиц размолотого бурового шлама. Реологические характеристики суспензии определяли с использованием вискозиметра Fann 35. Пластическую вязкость и динамическое сопротивление сдвигу суспензии определяли стандартным для нефтяных месторождений методом с использованием данных вискозиметра Fann 35. Эти значения использовали для оценки эффективности разнообразных добавок в суспендировании бурового шлама. Пример 1. Стандарт. 250 г бурового шлама смешали с 250 г морской воды. Смесь измельчали в лабораторном смесителе,пока 95% частиц не стали проходить через сито с размером ячеек 300 микрон (300 мкм). Затем суспен-5 016279 зию постадийно разбавляли до тех пор, пока она не становилась текучей. На каждой стадии проводили измерения реологических характеристик, результаты которых показаны в табл. 1. Суспензия стала текучей после того, как к буровому шламу было добавлено в целом 312,5 г морской воды, что составляет степень разбавления 1,25:1,00 (отношение веса воды к весу бурового шлама). Таблица 1 Пример 2. Поверхностно-активное вещество на основе алифатической кислоты. 250 г бурового шлама смешали с 250 г морской воды и 2,5 г (1%, в расчете на вес бурового шлама) продукта Terradrill V988, поверхностно-активного вещества на основе полимеризованной алифатической кислоты, приобретенного в фирме Oleochemicals. Смесь измельчали в лабораторном смесителе, пока 95% частиц не стали проходить через сито с размером ячеек 300 мкм. Затем суспензию постадийно разбавляли до тех пор, пока она не становилась текучей. На каждой стадии проводили измерения реологических характеристик, результаты которых показаны в табл. 2. Суспензия стала текучей после того, как к буровому шламу было добавлено в целом 287,5 г морской воды, что составляет степень разбавления 1,15:1,00(отношение веса воды к весу бурового шлама), и показывает, что применение поверхностно-активного вещества на основе алифатической кислоты может сокращать количество воды, необходимое для получения текучей суспензии. Кроме того, с более низкими концентрациями поверхностно-активного вещества были получены подобные результаты. Таблица 2 Пример 3. Поверхностно-активное вещество на основе акрилата. 250 г бурового шлама смешали с 250 г морской воды и 12,5 г (5%, в расчете на вес бурового шлама) поверхностно-активного вещества на основе полиакрилата натрия. Смесь измельчали в лабораторном смесителе, пока 95% частиц не стали проходить через сито с размером ячеек 300 мкм. Затем суспензию постадийно разбавляли до тех пор, пока она не становилась текучей. На каждой стадии проводили измерения реологических характеристик, результаты которых показаны в табл. 3. Первоначальная суспензия была нетекучей. После добавления 12,5 г морской воды суспензия стала текучей, но имела липкую текстуру. Добавление дополнительных 12,5 г морской воды сделало суспензию нелипкой и легкотекучей. Таким образом, суспензия стала текучей после того, как к буровому шламу добавили в целом 275 г морской воды, что составляет степень разбавления 1,10:1,00 (отношение веса воды к весу бурового шлама), и показывает, что применение диспергатора на основе акрилата может сокращать количество воды, необходимое для получения текучей суспензии. Таблица 3-6 016279 Пример 4. Лигносульфонат натрия. 250 г бурового шлама смешали с 250 г морской воды. Поверхностно-активное вещество протестировали по трем загрузкам от 2,5 г до 12,5 г (1 и 5%, соответственно, в расчете на вес бурового шлама) продукта D1834, лигносульфоната натрия, приобретенного в фирме Borregaard. Смесь измельчали в лабораторном смесителе, пока 95% частиц не стали проходить через сито с размером ячеек 300 мкм. При более низкой концентрации получили нетекучую суспензию, требующую дополнительного разбавления. Но при более высоких концентрациях (2,5 и 5 вес.%) получили суспензии, которые были легкотекучими без необходимости дальнейшего разбавления (степень разбавления 1:1). Результаты реологических измерений показаны в табл. 4. Таблица 4 Пример 5. Этоксилированный спирт. 250 г бурового шлама смешали с 250 г морской воды. Поверхностно-активное вещество протестировали по двум загрузкам от 2,5 г до 6,25 г (1 и 2,5%, соответственно, в расчете на вес бурового шлама) продукта Berol 840, этоксилата 2-этилгексанола, приобретенного в фирме Akzo Nobel. Смесь измельчали в лабораторном смесителе, пока 95% частиц не стали проходить через сито с размером ячеек 300 (300 мкм). Суспензии были легкотекучими без необходимости дополнительного разбавления (степень разбавления 1:1). Результаты реологических измерений показаны в табл. 5. Таблица 5 Пример 6. Лигносульфонат натрия и хлорид калия (KCl). В 200 г морской воды растворили 6,25 г хлорида калия (KCl). Этот раствор затем добавили к 250 г бурового шлама и 6,25 г продукта D1834, лигносульфоната натрия, приобретенного в фирме Borregaard. Смесь измельчали в лабораторном смесителе, пока 95% частиц не стали проходить через сито с размером ячеек 300 мкм. Суспензия была нетекучей. Добавление 25 г морской воды к суспензии сделало ее легкотекучей, что составляет степень разбавления 0,9:1,00. Результаты реологических измерений показаны в табл. 6. Этот пример, если сравнивать с примером 4, показывает, что введение ингибитора набухания глинистых сланцев еще более снижает реологические характеристики и дает текучую суспензию с более низкой степенью разбавления. Таблица 6 Пример 7. Лигносульфонат натрия и аминный ингибитор. В 200 г морской воды растворили 1,25 г ингибитора на основе полициклического амина. Этот раствор затем добавили к 250 г бурового шлама и 6,25 г лигносульфоната натрия. Смесь измельчали в лабораторном смесителе, пока 95% частиц не стали проходить через сито с размером ячеек 300 мкм. Эта суспензия была нетекучей. Добавление 25 г морской воды к суспензии сделало ее легкотекучей, что составляет степень разбавления 0,9:1,00. Результаты реологических измерений показаны в табл. 7. Этот пример, по сравнению с примером 4, показывает, что введение аминного ингибитора еще более снижает реологические характеристики и дает текучую суспензию с более низкой степенью разбавления. Пример 8. Лигносульфонат натрия и аминный ингибитор. В 210 г морской воды растворили 1,25 г ингибитора на основе полициклического амина. Этот раствор затем добавили к 250 г бурового шлама и 6,25 г лигносульфоната натрия. Смесь измельчали в лабораторном смесителе, пока 95% частиц не стали проходить через сито с размером ячеек 300 мкм. Суспензия была легкотекучей без необходимости дополнительного разбавления (степень разбавления 0,84:1). Результаты реологических измерений показаны в табл. 8. Этот пример, если сравнивать с примером 4,показывает, что введение аминного ингибитора еще более снижает реологические характеристики и дает текучую суспензию с более низкой степенью разбавления. Таблица 8 Принимая во внимание вышеприведенные примеры, данные четко показывают, что добавление поверхностно-активных веществ облегчает суспендирование бурового шлама благодаря снижению реологических характеристик суспензии. Более того, данные также показывают, что введение ингибиторов набухания глинистых пород еще более снижает реологические характеристики суспензии, тем самым позволяя сократить степени разбавления. В целом же вышеприведенные данные показывают, что необходимая степень разбавления для получения текучей суспензии синтетического глинистого бурового шлама может быть снижена более чем на 30% при использовании комбинации поверхностно-активных веществ и ингибиторов набухания глинистых пород. Обобщение данных из примеров 1-9 показано ниже в табл. 9. Таблица 9-8 016279 Пример 9. Лондонская глина. Испытания, подобные вышеприведенным, провели с синтетическим буровым шламом, приготовленным из лондонской глины, нежели из оксфордской глины, результаты которых показаны ниже в табл. 10. Хотя лондонская глина является более диспергируемой, чем оксфордская глина, суспендирование бурового шлама из нее реагировало на разнообразные химические обработки подобной таковому для оксфордской глины. Данные показывают, что разбавление морской водой может быть сокращено более чем на 35%, когда для суспендирования бурового шлама из лондонской глины используют комбинацию поверхностно-активных веществ и ингибиторов. Таблица 10 Пример 10. Изменение реологических характеристик суспензии во времени. Реакционно-способные глины в контакте с водой набухают и диспергируются, и вызывают изменение реологических характеристик суспензии, степень которого зависит от реакционной способности глины и времени контактирования. Для испытания действия химических обработок на реакционную способность глины выполнили ряд тестов, в которых измеряли реологические характеристики обработанных суспензий при температуре окружающей среды в течение семидневного периода. Существенное изменение реологических параметров, характеризуемое повышением пластической вязкости (PV) и динамического сопротивления сдвигу (YP), должно было указать на ненадлежащее ингибирование глинистого бурового шлама. Таким образом, предполагается, что неингибированный буровой шлам должен проявлять большее повышение реологических характеристик через семь дней, чем таковой, который содержит эффективный ингибитор набухания глинистых пород. Результаты испытаний представлены в табл. 11 и нанесены на график в фиг. 2 как отношение значения динамического сопротивления сдвигу (YP) на седьмой день к величине динамического сопротивления сдвигу (YP) в первый день. Данные были рассортированы в порядке увеличения отношения YP7/YP1. Концентрации добавок приведены в процентах по весу бурового шлама, и степень разбавления указана в скобках. Протестировали следующие добавки: лигносульфонат натрия (А), оксиалкилированный спирт (В), соль алкилсульфата (С), хлорид калия (D) и ингибитор на основе амина (Е). Таблица 11-9 016279 Данные из этого примера ясно показывают, что в суспензиях, содержащих ингибитор, реологические характеристики эффективно стабилизированы, тогда как в таковых, которые не содержат никакого ингибитора (три системы на правой стороне в фиг. 2), происходит значительное увеличение динамического сопротивления сдвигу. Таким образом, введение ингибитора при химических обработках согласно настоящему изобретению представляется благоприятным фактором стабилизации реологических параметров суспензий обломков выбуренной породы, содержащих глину. Пример 11. Осаждение частиц в суспензиях бурового шлама. Когда суспензии обломков выбуренной породы периодически нужно транспортировать водным транспортом с буровой площадки, где они получены, к месту скважины для повторного закачивания,может быть желательным, чтобы во время хранения и транспортирования в суспензии происходила малая седиментация или вообще таковая отсутствовала. Для оценки устойчивости к осаждению представленных здесь суспензий провели серию испытаний, в которых стаканы, содержащие суспензии, поместили на качающийся стол, который имитировал бортовую и килевую качку транспортного судна. Осаждение оценивали путем измерения плотности суспензии в верхней и нижней части каждого контейнера через три дня, получая показатель тенденции суспензий бурового шлама к расслоению. Коэффициент оседания, определяемый как SF =SG донный/ (SG поверхностный+SG донный), использовали для сравнения устойчивости различных суспензий к оседанию. В идеальном случае, коэффициент оседания должен составлять 0,5, но там, где происходит оседание твердых веществ, он является более высоким чем 0,5. Табл. 12 приводит обобщение данных для суспензий бурового шлама из оксфордской глины и лондонской глины,обработанных различными поверхностно-активными веществами и ингибиторами. Таблица 12 Результаты показывают только небольшое повышение плотности у дна контейнеров с суспензиями,достигающее максимального значения 3% (для суспензий бурового шлама из лондонской глины, обработанной поверхностно-активным веществом на основе лигносульфоната и аминным ингибитором). Этот уровень седиментации через три дня и в условиях низкой сдвиговой нагрузки, созданных качательными движениями (идеальные условия для того, чтобы происходило осаждение) не представляется критическим для подвижности и способности к перекачиванию суспензии, когда таковая прибывает к своему месту назначения. Преимущественно, варианты осуществления настоящего изобретения представляют по меньшей мере одно из следующего. Путем отделения/эмульгирования по меньшей мере части маслянистых материалов, прилипших к поверхности обломков выбуренной породы, полученных при бурении с использованием буровых растворов на масляной основе, пригодная к перекачиванию суспензия обломков выбуренной породы может быть получена с меньшими количествами воды. Далее, когда буровой шлам содержит глинистые материалы, глинистые материалы могут быть стабилизированы добавлением ингибитора набухания глинистых пород, также снижающим количество воды, необходимое для получения перекачиваемой суспензии. Далее, имея возможность модифицировать реологические характеристики суспензии и/или стабилизировать глины, присутствующие в обломках выбуренной породы, можно снизить вероятность засорения нагнетательных скважин и оборудования на поверхности, в особенности, когда суспендированные глины нуждаются в хранении перед закачиванием в ствол скважины. Далее, уменьшение объема воды, необходимой для формирования способной к перекачиванию суспензии, сокращает объем закачиваемого материала, позволяя ускорить нагнетание и повторное закачивание. В частности, в ситуациях, где перекачивание и нагнетание происходит непрерывно и одновременно с процессом бурения (например, во время бурения с высокой механической скоростью проходки (ROP, повышение скорости, при которой суспензию можно закачивать в ствол скважины, может обеспечить возможность того,- 10016279 что бурение не нужно будет замедлять в результате операций повторного закачивания. Далее, реологические характеристики суспензии могут быть стабилизированы, и осаждение сведено к минимуму в течение периодов времени применением таких обработок, как в настоящем изобретении, что необходимо во время задержек при хранении и/или транспортировании, часто случающихся перед повторным закачиванием суспензии в ствол скважины. Хотя изобретение было описано в отношении ограниченного числа вариантов осуществления, квалифицированным специалистам в этой области технологии, имеющим благоприятную возможность ознакомиться с настоящим изобретением, будет очевидно, что могут быть разработаны другие варианты осуществления, которые не выходят за пределы области изобретения, как оно раскрыто здесь. Соответственно этому, область изобретения должна ограничиваться только прилагаемыми пунктами формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ суспендирования обломков выбуренной породы, включающий смешение загрязненных нефтью обломков выбуренной породы, воды и по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества; эмульгирование по меньшей мере части нефтяных загрязнений внутри смеси и формирование текучей суспензии обломков выбуренной породы в воде. 2. Способ по п.1, дополнительно включающий смешение по меньшей мере одного ингибитора набухания глинистых пород с загрязненными нефтью обломками выбуренной породы, водой и по меньшей мере одним поверхностно-активным веществом. 3. Способ по п.1, в котором по меньшей мере поверхностно-активное вещество и загрязненные нефтью обломки выбуренной породы смешивают перед добавлением воды. 4. Способ по п.2, в котором по меньшей мере один ингибитор набухания глинистых пород и воду смешивают перед добавлением загрязненных нефтью обломков выбуренной породы. 5. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере один компонент из полимеров на основе акрилатов, алкилсульфатов, этоксилированных спиртов, лигносульфонатов, производных алифатических кислот и полимеризованных ненасыщенных алифатических кислот. 6. Способ по п.2, в котором по меньшей мере один ингибитор набухания глинистых пород включает по меньшей мере один компонент из аминов, аминных производных простых полиэфиров и солей калия. 7. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество имеет значение гидрофильно-липофильного баланса (HLB), варьирующее от 3 до 15. 8. Способ по п.7, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество имеет значение гидрофильно-липофильного баланса (HLB), варьирующее от 5 до 14. 9. Способ по п.1, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 10% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества. 10. Способ по п.8, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 20% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества. 11. Способ по п.9, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 30% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества. 12. Способ суспендирования обломков выбуренной породы, включающий смешение по меньшей мере одного ингибитора набухания глинистых пород и воды; смешение загрязненных нефтью обломков выбуренной породы и по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества; смешение смеси по меньшей мере одного ингибитора набухания глинистых пород и воды со смесью загрязненных нефтью обломков выбуренной породы и по меньшей мере одного поверхностноактивного вещества; эмульгирование по меньшей мере части нефтяных загрязнений внутри смеси и формирование текучей суспензии обломков выбуренной породы в воде. 13. Способ по п.12, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере один компонент из полимеров на основе акрилатов, алкилсульфатов, этоксилированных спиртов, лигносульфонатов, производных алифатических кислот и полимеризованных ненасыщенных алифатических кислот. 14. Способ по п.12, в котором по меньшей мере один ингибитор набухания глинистых пород включает по меньшей мере один компонент из аминов, аминных производных простых полиэфиров и солей калия. 15. Способ по п.12, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество имеет зна- 11016279 чение гидрофильно-липофильного баланса (HLB), варьирующее от 3 до 15. 16. Способ по п.15, в котором по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество имеет значение гидрофильно-липофильного баланса (HLB), варьирующее от 5 до 14. 17. Способ по п.12, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 10% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества. 18. Способ по п.17, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 20% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества. 19. Способ по п.18, в котором количество воды, необходимое для создания текучей суспензии, устанавливают по меньшей мере на 20% меньше по сравнению с суспендированием без применения по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества.

МПК / Метки

МПК: E21B 21/06, B01F 5/12

Метки: выбуренной, закачивания, обработка, повторного, породы, химическая, подземные, формации

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/13-16279-himicheskaya-obrabotka-vyburennojj-porody-dlya-povtornogo-zakachivaniya-v-podzemnye-formacii.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Химическая обработка выбуренной породы для повторного закачивания в подземные формации</a>

Похожие патенты