Промывочная жидкость буровой скважины, включающая смазочную композицию, способ регулирования смазывания промывочной жидкостью буровой скважины, применение способа к промывочным жидкостям с высоким значением ph

1 Настоящее изобретение относится к промывочным жидкостям, используемым для бурения, заканчивания скважины или ликвидациям аварий в буровых скважинах. Более конкретно,в изобретении описывается промывочная жидкость на основе воды, включающая смазочную композицию, и способ регулирования смазывающей способности промывочных жидкостей на основе воды, вводимых в пробуриваемые скважины. Промывочные жидкости буровых скважин на основе воды при применении имеют значение рН выше 9. Обычный способ бурения нефтяных или не нефтяных скважин заключается в приведении во вращательное движение коронки с зубцами, фиксированной на конце бурильной колонны, причем колонну обычно приводят во вращательное движение с помощью наземного оборудования. Промывочную жидкость, называемую промывочной жидкостью или глинистым раствором для бурения, закачивают на уровне коронки во внутреннее пространство бурильных труб. Основными функциями этой промывочной жидкости являются: очистка коронки и буровой скважины путем поднятия на поверхность обломков выбуренной породы, стабилизация стенок буровой скважины,ингибирование реакций геологических формаций при контакте с флюидом и т.д. Настоящее изобретение относится не только к так называемым промывочным жидкостям для бурения, но и также к так называемым промывочным жидкостям "для вскрытия продуктивного пласта", а также к так называемым промывочным жидкостям для ликвидации аварии ("капитального ремонта"). Заканчивание скважины представляет собой операцию, которая является продолжением операции бурения, когда буровая скважина достигает продуктивного горизонта. Заканчивание скважины заключается, в частности, в бурении коллекторной породы, опробовании пластоиспытателем, оборудовании буровой скважины для эксплуатации,разработке(добыче). Для этих операций промывочная жидкость для вскрытия продуктивного пласта может быть специфической, в частности, к коллекторной породе и к добываемым потокам. Операции"капитального ремонта" или ликвидации аварии заключаются в работе в продуктивной скважине с целью бурения, расширения ствола скважины,очистки буровой скважины или замены оборудования буровой скважины. Промывочные жидкости буровых скважин должны иметь характеристики, подобранные в зависимости от очень различных использований, в частности, в отношении их вязкости, их плотности или их способности регулирования фильтрата. В некоторых случаях очень сильно искривленных буровых скважин, например, при горизонтальных бурениях, или обычно буровых скважин, которые оказывают значительные трения на спускаемые в буровую скважину трубы, смазывающая способ 004204 2 ность промывочной жидкости становится важной характеристикой. Иногда используют промывочные жидкости с высоким значением рН, то есть выше 9 и обычно выше примерно 10, как, например, глинистые растворы для бурения на основе силиката, такие как описанные в публикации SPE 37266, представленной на Международном симпозиуме по нефтепромысловой химии, 18-21 февраля 1997 г., Хьюстон, Техас. Эти глинистые растворы стали использовать недавно, в частности, из-за их свойства предотвращать вспучивание пробуриваемых глин. Таким образом, настоящее изобретение относится к промывочной жидкости буровой скважины на основе воды, которая содержит смазочную композицию, включающую, по крайней мере,одно неионное амфифильное соединение, получаемое путем реакции, по крайней мере, одного растительного масла или жирной кислоты, по крайней мере, с одним аминоспиртом. Могут быть пригодны любые из растительных масел или жирных кислот растительного происхождения. Растительное масло или жирная кислота могут быть выбраны из группы, состоящей из льняного масла, сафлорового масла, масла из виноградных косточек, тунгового масла, подсолнечного масла, рапсового масла или их смеси, или жирной кислоты, происходящей из этих растительных масел. Согласно одному варианту растительное масло или жирная кислота могут быть полимеризованы и после полимеризации могут иметь вязкость при температуре 20 С, составляющую 5-60 Пас. Используемым спиртом может быть диэтаноламин. Смазочная композиция может находиться в виде смеси, включающей один или несколько растворителей и, в случае необходимости, другие соединения. Растворитель смеси может представлять собой производное растительного масла. Смесь (смазочная композиция и растворители) может содержать 0-80 мас.% и предпочтительно 20-40 мас.% растворителя. Промывочная жидкость буровой скважины может включать смазочную композицию в концентрации 0,1-5 мас.% и предпочтительно 0,5-2 мас.%. Промывочная жидкость согласно изобретению может иметь значение рН выше 9 и предпочтительно выше 10. Изобретение относится также к способу регулирования смазочной способности промывочной жидкости буровой скважины на основе воды, который заключается в добавлении в промывочную жидкость смазочной композиции согласно вышеприведенному определению. Изобретение относится к применению вышеуказанного способа к промывочным жидкостям буровых скважин со значением рН выше 9 и предпочтительно выше 10. 3 Хотя могут быть пригодны любые из растительных масел или жирных кислот растительного происхождения, предпочтительно используют высоконенасыщенные масла, такие как льняное масло или еще сафлоровое масло, масло из виноградных косточек, тунговое масло, подсолнечное масло или их смесь. Эти растительные масла или жирная кислота используют такими, какие есть,или в полимеризованном виде. Полимеризованные растительные масла ("штандоли") получают путем термообработки высоконенасыщенных растительных масел, указанных выше, в таких условиях, что не происходит окисления. Обычно используют льняное (предпочтительно рафинированное) масло или жирную кислоту льняного масла, но можно применять сафлоровое масло или жирную кислоту сафлорового масла, масло из виноградных косточек, тунговое масло, подсолнечное масло или их смесь. Для получения смазочной композиции, согласно одному варианту изобретения, можно использовать полимеризованное растительное масло или жирную кислоту растительного масла с вязкостью 5-60 Пас при температуре 20 С. В качестве примера, термообработка рафинированного льняного масла при температуре 290-300 С в течение 6-12 ч приводит к продукту с вязкостью 10 Пас при температуре 25 С. Используемыми для получения смазочных композиций согласно изобретению аминоспиртами являются амины или полиамины, содержащие одну или несколько функциональных спиртовых групп и возможно одну или несколько функциональных простых эфирных групп. Аминоспирты, например, могут соответствовать следующим формулам:(HO-CmH2m)2-NH; (HO-CmH2m)3-N; (HO-CmH2m)pCH(3-p)-NH2; НО-(CmH2m-O)n-NH-CkH(2k+1); НО(СmH2m-O)n-CkH2k-NH2; HO-(CmH2m-O)n-NH-CkH2k(O-CmH2m)n-OH, разветвленные или нет, где m=26, k=1-6, р=2 или 3, n=2-20. В особенности можно назвать моноэтаноламин: ОН-(СН 2)2-NH2; монопропаноламин: ОН-(СН 2)3-NH2; моноизопропаноламин: СН 3-СН(ОН)-CH2-NH2; 2-аминобутан-1-ол: СН 3-СН 2-СН(NH2)-СН 2-ОН; 1-аминобутан-2-ол: СН 3-СН 2-СН(ОН)-CH2-NH2;N-бутилэтаноламин: СН 3-(СН 2)3-NH-(СН 2)2-ОН; пентаноламин, гексаноламин, циклогексаноламин, полиалканоламины или еще полиалкоксигликольамины формулы 4 Получение смазочных композиций согласно изобретению может быть осуществлено путем введения во взаимодействие избытка аминоспирта, предпочтительно диэтаноламина, с растительным маслом, таким, какое есть, или с полимеризованным, предпочтительно получаемым из льняного масла или с жирной кислотой растительного происхождения. Реакцию предпочтительно проводят в отсутствие растворителя и обычно при температуре выше примерно 100 С и предпочтительно в диапазоне от 100 до 200 С. Однако, если вязкость реакционной среды слишком высокая, то реакцию можно проводить в присутствии растворителя. По окончании реакции получают смазочную композицию, включаемую в промывочную жидкость согласно изобретению. Эта смазочная композиция может быть включена такой, какая есть, в водную промывочную жидкость буровой скважины с высоким или нет значением рН или в виде смеси, содержащей растворитель или несколько растворителей и, в случае необходимости, другие соединения. Для получения смеси с приемлемой вязкостью, при учете предусматриваемых применений, может быть добавлен растворитель. Может быть использовано некоторое число растворителей, в особенности ароматические фракции; однако, отдают предпочтение любым из растворителей, происходящих от природных масел,таким как эфиры жирных кислот с 6-18 атомами углерода и линейных или разветвленных спиртов с 2-18 атомами углерода, чтобы получить раствор добавок, биоразлагаемый и не загрязняющий окружающую среду. При их использовании в качестве смазочной добавки к промывочной жидкости буровой скважины эти композиции добавляют к промывочной жидкости буровой скважины обычно в концентрациях 0,1-5 мас.%, предпочтительно 0,5-2 мас.%. Следует заметить, что нормативные акты,относящиеся к защите окружающей среды, все больше и больше обязывают к тому, чтобы различные добавки, используемые при приготовлении промывочных жидкостей буровых скважин,были нетоксичными и не загрязняющими по отношению к окружающей среде. Промывочная жидкость буровой скважины согласно настоящему изобретению, которая включает смазочную композицию, в частности, имеет преимущество в том, что отвечает современным критериям, относящимся к защите окружающей среды. Кроме того, настоящая композиция может быть использована с любыми из промывочных жидкостей буровых скважин на основе воды с высоким значением рН, как например, промывочные жидкости на основе утяжеленного или нет силиката, некоторые промывочные жидкости, 5 используемые при высоких давлениях и/или высоких температурах (НР/НТ), и т.д. Высокие значения рН являются трудными условиями для стабильности смазочных продуктов, в особенности продуктов на основе классических сложных эфиров, которые гидролизуются при высоких значениях рН и под действием температуры. Изобретение будет лучше понятно и его преимущества станут более отчетливыми при ознакомлении с нижеприводимыми примерами, не ограничивающими объема охраны изобретения. Смазывающую способность смазочной композиции, добавляемой к промывочной жидкости буровой скважины согласно изобретению, испытывали с помощью "Установки для испытания смазывающей способности, модель 212", выпускаемой фирмой NL Baroid Petroleum Services (Инструкция по применению, часть 21121000 ЕА). Испытания ("Смазывающая способность: поверхность-поверхность") осуществляли согласно методикам, рекомендуемым нормой RP 13 В Американского нефтяного Института (API) [100 пси (689 кПа) при 60 об./мин]. Для сравнения смазывающих способностей различных композиций фиксировали показания прибора путем отсчетов по шкале, получаемые при использовании вышеуказанной установки для испытания. Эти показания соответствуют относительным величинам пары сил(вращающего момента) трения. Чем незначительнее эти величины, тем лучше смазывающая способность испытуемой композиции. Принципом нижеприводимых примеров является смешение с базовой промывочной жидкостью некоторого количества указанной смазочной композиции, причем смесь затем испытывали в установке для испытания. Опыты, если не указано ничего другого, проводили при комнатной температуре (около 25 С). Первая смазочная композиция, указываемая в качестве примера и добавляемая к базовой промывочной жидкости буровой скважины, в данном случае называется NTL.NTL получают в результате реакции 52 кг полимеризованного льняного масла с вязкостью 10 Пас и 28 кг диэтаноламина, осуществляемой в реакторе емкостью 100 л и при нагревании в течение часа при температуре 160 С. Ее вязкость составляет величину порядка 2700 мПас при температуре 40 С. Второй смазочной композицией, называемой XTL, является продукт реакции 52 кг льняного масла и 28 кг диэтаноламина, осуществляемой в том же самом реакторе, что и вышеуказанный, и в тех же условиях. Пример 1. Силикатный глинистый раствор до старения. Состав базовой промывочной жидкости: Пресная вода Придающее вязкость вещество 6 Добавка, снижающая фильтрацию глинистого раствора (Aquapac-Regular) Добавка, снижающая фильтрацию глинистого раствора (Aquapac-LV) Загружаемая глина Силикат натрия Хлорид натрия Барит Ксантан, используемый для всех испытаний, представляет собой IDVIS, выпускаемый фирмой Dowell Drilling Fluids. Продукты типа CMC AQUAPAC Regular иLV представляют собой продукты, выпускаемые фирмой Aqualon. Этот опыт показывает смазывающую способность смазочной композиции NTL, добавляемой к базовой промывочной жидкости с высоким значением рН, в зависимости от массовой концентрации. Смазочная композиция NTL, % 0 0,5 1 1,5 2 3 4 5 Показание прибора для пары сил (трения) фунто-дюйм Нм 42 4,75 25 2,8 23 2,6 21 2,4 17 1,9 17 1,9 17 1,9 17 1,9 Наблюдают уменьшение величины пары сил (трения) с повышением концентрации смазочной композиции. Результаты показывают хорошие эксплуатационные качества системыNTL в этом составе с высоким значением рН. Оптимальной в этом случае является концентрация смазочной добавки порядка 2%. Пример 2. Силикатный глинистый раствор после старения. Используют предыдущий состав базовой промывочной жидкости, в который добавляют 2% NTL и подвергают его старению в камере для испытания, называемой "горячая прокатка"("Hot Rolling") при температуре 80 С в течение 16 ч, затем возвращают к комнатной температуре. Нижеприводимые результаты показывают,что старение под действием температуры не ухудшает смазочных свойств добавки NTL в глинистый раствор с высоким значением рН. До старения После старения Показание прибора для пары сил (трения) фунто-дюйм Нм 17 1,9 18 2,03 Пример 3. Влияние смазочной композиции на реологические свойства и фильтрацию глинистого раствора. Ниже указаны реологические свойства глинистого раствора, выраженные в виде кажу 7 щейся вязкости (VA) в сантипуазах (сП), пластической вязкости (VP) в сантипуазах (сП); YV представляет собой пороговую величину напряжения сдвига (предел текучести) в фунт/100 фут 2 (кг/м 2) и гель 0/гель 10 (эти измерения согласованы со стандартом API RP 13B1, который дает соответствие единиц системы СИ в приложении I), с и без NTL, до (AV) и после (АР) старения в течение 16 ч при температуре 80 С, а также фильтрационные свойства, выраженные в виде количества фильтрата (в см 3) с поправкой,полученного после 30 мин фильтрации. Состав базовой промывочной жидкости такой же, что и состав силикатного глинистого раствора согласно примеру 1. Эти результаты показывают, что добавление оптимизированного количества в процентахNTL значительно не изменяет реологические свойства и фильтрацию глинистого раствора,причем это как до, так и после старения. Пример 4. Разбавление NTL растворителем. Были испытаны различные смазочные композиции (L1, L2, L3, L4, L5, L6), причем все они характерны для настоящего изобретения. Данные в процентах выражены по отношению к массе. Измеренные при температуре 40 С вязкости указаны в нижеприводимой таблице. Эксплуатационные качества в отношении смазывания и характеристики различных смесей указаны ниже. Смеси добавляли в количестве 1 или 2 мас.% в состав силикатного глинистого раствора согласно примеру 1. До старения Эти результаты показывают очень хорошие эксплуатационные качества исследуемых систем в отношении смазывания. Основная польза от применения разбавителя заключается в снижении вязкости добавки NTL, что облегчает включение этой добавки в водную промывочную жидкость. Пример 5. Силикатный глинистый раствор и композиция XTL. Используют состав силикатного глинистого раствора согласно примеру 1, до старения и после старения, такого, как описанное в примере 2. До старения Показание прибора Смазочная для пары сил (трения) композиция После старения Показание прибора для пары сил (трения) фунто-дюйм Нм 22 2,5 Эти результаты показывают, что смазочная композиция XTL позволяет заметным образом уменьшать трение. Ее характеристики не ухудшаются после старения. Пример 6. Бентонитовый глинистый раствор с морской водой. Состав базовой промывочной жидкости: Морская вода Бентонит 30 г/л Придающее вязкость вещество (ксантан) 2 г/л Добавка, снижающая фильтрацию глинистого раствора (Aquapac-LV) 1 г/л Диспергатор 3 г/л Барит, так, что плотностьSG=1,2 кг/л Используемым диспергатором является полиакрилат FP30S, выпускаемый фирмой СОАТЕХ (Франция). Значение рН состава устанавливают с помощью раствора гидроксида натрия так, что рН=9 или рН=12. В этом опыте представлены результаты смазывающей способности промывочной жидкости с высоким значением рН в зависимости от концентрации добавленной смазочной композиции NTL. Смазочная Показание прибора для пары сил (трения) композиция,рН=9 рН=12 Эти результаты показывают очень хорошие эксплуатационные качества в отношении смазывания композиции NTL, в частности при высоком значении рН. Пример 7. Глинистый раствор с формиатом цезия. Состав базовой промывочной жидкости: Морская вода Придающее вязкость вещество (ксантан) 2 г/л Добавка, снижающая фильтрацию глинистого раствора 2 г/л Загружаемая глина 10 г/лSG=1,2 кг/л Значение рН состава устанавливают с помощью раствора гидроксида натрия так, что рН=9 или рН=12. В этом опыте представлены результаты смазывания в зависимости от концентрации добавленной смазочной композиции NTL. Смазочная Показание прибора для пары сил (трения) композиция,рН=9 рН=12 Эти результаты показывают очень хорошие эксплуатационные качества в отношении смазывания композиции NTL в этом типе про 10 мывочной жидкости с очень высоким значением рН. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Промывочная жидкость буровой скважины на основе воды, отличающаяся тем, что она включает смазочную композицию, содержащую по крайней мере одно неионное амфифильное соединение, получаемое путем реакции по крайней мере одного растительного масла по крайней мере с одним аминоспиртом, при этом растительное масло полимеризовано и имеет вязкость 5-60 Пас при температуре 20 С. 2. Промывочная жидкость по п.1, отличающаяся тем, что растительное масло выбирают из группы, состоящей из льняного масла,сафлорового масла, масла из виноградных косточек, тунгового масла, подсолнечного масла,рапсового масла или их смеси. 3. Промывочная жидкость по любому из пп.1, 2, отличающаяся тем, что аминоспиртом является диэтаноламин. 4. Промывочная жидкость по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что смазочная композиция находится в виде смеси, содержащей по крайней мере один растворитель. 5. Промывочная жидкость по п.4, отличающаяся тем, что растворителем является производное растительного масла. 6. Промывочная жидкость по любому из пп.4, 5, отличающаяся тем, что смесь содержит не более 80 мас.% и предпочтительно 20-40 мас.% растворителя. 7. Промывочная жидкость по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что концентрация смазочной композиции в ней составляет 0,1-5 мас.%. 8. Промывочная жидкость по п.7, отличающаяся тем, что концентрация смазочной композиции в ней составляет 0,5-2 мас.%. 9. Промывочная жидкость по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что ее значение рН выше 9 и предпочтительно выше 10. 10. Способ регулирования смазывающей способности промывочной жидкости буровой скважины на основе воды, отличающийся тем,что в промывочную жидкость вводят смазочную композицию по любому из пп.1-9 в количестве,зависящем от величины показателя трения, установленной в процессе бурения. 11. Применение способа по п.10 для регулирования смазывающей способности промывочных жидкостей буровых скважин со значением рН выше 9 и предпочтительно выше 10.