Патент на изобретение №2327725
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ИНГИБИРУЮЩИЙ БУРОВОЙ РАСТВОР ДЛЯ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД
(57) Реферат:
Изобретение относится к горному делу, в частности к строительству скважин в неустойчивых, склонных к осыпям или обвалам, сильно увлажненных глинах, в том числе соленасыщенных межсолевых глинах в хемогенных отложениях с высокими пластовыми температурами. Технический результат – повышение прочности, водоустойчивости глинистых пород, предупреждение осложнений из-за осыпей, обвалов и кавернообразования, течения пластичных глинистых пород, сужения ствола при бурении скважин. Ингибирующий буровой раствор для глинистых пород содержит, мас.%: солестойкую глину 5-10, хлорид калия 5-30, гидроксид бария 5-10, крахмал 2-3, конденсированную сульфит-спиртовую барду КССБ или окзил 5-6, оксиэтилцеллюлозу ОЭЦ 0,75-1,5, воду остальное. Указанный раствор содержит для неустойчивых глин терригенных отложений хлорид калия в пределах 5-10 мас.%, а для солевых отложений и межсолевых глин – 5-30 мас.%. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.
Изобретение относится к горному делу, в частности к строительству скважин в неустойчивых, склонных к осыпям или обвалам, сильно увлажненных глинах, в том числе соленасыщенных межсолевых глинах в хемогенных отложениях с высокими пластовыми температурами. Наиболее близким к заявляемому является буровой раствор, содержащий глину, хлорид калия, известь, стабилизированные крахмалом, КССБ, КМЦ, УЩР, полиакриламидом (А.С. СССР №1033524, С09K 7/02. Буровой раствор. Н.Х.Титоренко и др.). Известные технические решения не обеспечивают необходимой устойчивости глинистых пород и полностью не исключают осложнений из-за осыпей, обвалов и течения глинистых и солевых пород при бурении скважин. Каждый из приведенных буровых растворов выполняет стабилизирующие функции по отношению к глинистым породам только в определенных условиях, например при бурении глинистых пород в терригенных отложениях, и не предупреждают осложнений из-за текучести соленасыщенных межсолевых сильно увлажненных глин. Технической задачей данного изобретения является повышение прочности, водоустойчивости глинистых пород, в том числе соленасыщенных межсолевых увлажненных глин, предупреждение осложнений из-за осыпей, обвалов и кавернообразования, течения пластичных глинистых пород, сужения ствола при бурении скважин. Поставленная задача решается тем, что в буровой раствор, содержащий воду, солестойкую глину, например палыгорскит, хлорид калия KCl, реагенты-стабилизаторы: крахмал, конденсированную сульфит-спиртовую барду КССБ или окзил, оксиэтилцеллюлозу, дополнительно вводят гидроксид бария Ва(ОН)2 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Для неустойчивых глин терригенных отложений раствор содержит хлорид калия в пределах 5-10 мас.%, а для солевых отложений и межсолевых глин – 5-30 мас.% В табл.1 приведены значения прочности аргиллитов и высокодисперсной пермотриасовой глины, в табл.2 при взаимодействии с Ва(ОН)2. Оценка прочности Р увлажненных глин проводилась по методу акад. П.А.Ребиндера, а устойчивость по формуле
где Рто – прочность породы до набухания, Р’тв, P”тв, Pтв – прочность глины на первой, второй стадиях и в конце набухания в воде; Р’тф, P”тф – прочность глины на первой и второй стадиях набухания в фильтрате, (патент РФ 2042696, МПК С09K 7/00). Критический коэффициент устойчивости равен 0,22-0,34 и чем выше, тем более устойчивой будет глинистая порода. Интенсивность структурообразования и рост прочности увлажненной глинистой породы увеличивается с ростом концентрации Ba(OH)2 в растворе и времени взаимодействия (табл.1, 2;). Для обоих типов глин оптимальной концентрацией является 5-10% Ва(ОН)2. При этом прочность аргиллитов составляет 14,7-68,6 МПа, а устойчивость 1,91-8,91, что в 8,7-26,2 раза выше критической величины Ку. Водоустойчивость образцов глин, обработанных Ва(ОН)2, после длительной (24 часа) выдержки в воде составляет 0,64-2,78, что в 2,9-8,2 раза превышает критическую величину. Аналогичный характер упрочнения достигается при взаимодействии Ва(ОН)2 с высокодисперсными глинами пермотриаса (табл.2). В диапазоне концентраций 5-10% Ba(OH)2 устойчивость глин в 5,4-8,7 раза, а после выдержки в воде в 1,67-4,03 раза выше критической величины. Из опытных данных видно, что добавление в 7% раствор KCl, Ва(ОН)2 в пределах 5-10% приводит к резкому росту прочности с 4,36 до 35,27-68,6 МПа и кратному увеличению устойчивости глинистой породы Ку=4,57-8,91. Ингибирующая способность предлагаемого раствора определяется концентрацией KCl в растворе (График 2, фиг.2), достигающая максимальных значений Cu=50,7-72,8 в диапазоне 5-10%. Ингибирующая способность 4,0% раствора Ва(ОН)2 составляет Cu=14,5. Прочностные характеристики глин определяются концентрацией Ва(ОН)2 (табл.1, 2) и продолжительностью контакта (График 1, кривые 6, 7, 8, фиг.1). Так, через 40 часов контакта с 3,8% раствором Ba(OH)2 прочность глинистой породы достигает величины, характерной для неувлажненной глины, коэффициент устойчивости достигает Ку=1, т.е. первоначального состояния. В сочетании с KCl этот процесс ускоряется, и начальная прочность достигается уже через 10 часов и продолжает расти (График 1 кривая 8, фиг.1). Таким образом, оптимальная концентрация Ba(OH)2 составляет 5-10%, а KCl 7-30%, в зависимости от литологической составляющей слагаемого разреза. Для глинистых пород достаточно 5-10%, а для предупреждения растворения солей и течения межсолевых глин 5-30%. Технологические свойства калиевого раствора на основе гидроксида бария обеспечиваются добавками реагентов стабилизаторов: КССБ, окзил, крахмал, ОЭЦ (табл.3). Условная вязкость составляет 30-45 с, водоотдача в пределах 2,5-8 см3/30 мин, при статическом напряжении сдвига СНС1/10 – 0-3/2-5 дПа. Калиево-оксид-бариевый раствор (КОБРа) обладает повышенной термостойкостью. Величина водоотдачи и статического напряжения сдвига находятся в допустимых рабочих диапазонах до температуры 175°С. Изобретение реализуется следующим образом. Предварительно определяют интервал залегания неустойчивых глинистых пород, склонных к обвалам и осыпям, «текучести» солей и межсолевых глин. Приготавливают калиево-оксид-бариевый раствор в следующей последовательности. Диспергируют в воде 10% солестойкой глины, например палыгорскит. Затем в полученную глинистую суспензию добавляют реагенты-стабилизаторы: 2-3% крахмала, 5-6% КССБ (или других лигносульфонатов, например, окзил), 0,75-1% ОЭЦ. Перемешивают до получения гомогенной системы. В полученную систему вводят хлорид калия в зависимости от назначения: – для неустойчивых глин терригенных отложений в пределах 5-10%; – для солевых отложений и межсолевых глин 5-30%. После полного растворения KCl раствор обрабатывают Ва(ОН)2 в количестве 5-10%, при необходимости утяжеляют. Корректировку технологических параметров осуществляют дополнительным вводом компонентов, которые подбираются лабораторным анализом. В процессе бурения осуществляют контроль и поддержание количества KCl и Ва(ОН)2 в заданном диапазоне путем дополнительных добавок, а технологические свойства добавками других компонентов. При бурении скважин с применением калиево-оксид-бариевого раствора (КОБРа) обеспечивают упрочнение глинистой породы на стенке скважины, повышают ее устойчивость, исключают осыпи и обвалы неустойчивых пород, кавернообразование или сужение ствола в межсолевых глинах. Создают благоприятные условия для проходимости бурильной и обсадной колонны. Исключают затраты времени на ликвидацию осложнений из-за проработок, расхаживания инструмента, прихватов. Экономия календарного времени, которое затрачивалось на ликвидацию осложнений из-за осыпей, обвалов или течения глинистых пород, составляет от 12 до 16%.
Формула изобретения
1. Ингибирующий буровой раствор для глинистых пород, содержащий воду, солестойкую глину, хлорид калия, реагенты-стабилизаторы, отличающийся тем, что он содержит реагенты стабилизаторы: крахмал, конденсированную сульфит-спиртовую барду КССБ или окзил, оксиэтилцеллюлозу ОЭЦ и дополнительно – гидроксид бария при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
2. Ингибирующий буровой раствор по п.1, отличающийся тем, что для неустойчивых глин терригенных отложений он содержит хлорид калия в пределах 5-10 мас.%, а для солевых отложений и межсолевых глин 5-30 мас.%.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
– 24 часа, Т=80°С)
