Патент на изобретение №2235751
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УТЯЖЕЛЕННЫЙ БУРОВОЙ РАСТВОР
(57) Реферат:
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к буровым растворам, используемым при бурении в осложненных условиях, например при бурении разведочных и эксплуатационных скважин в условиях аномально-высоких давлений и температур. Техническим результатом изобретения является улучшение качества бурового раствора путем снижения водоотдачи, а так же улучшение реологических и структурно-механических свойств раствора. Утяжеленный буровой раствор содержит, мас.%: глину 5-10, реагент стабилизатор КМЦ-900 0,2-0,3, минеральную соль – хлористый калий 3-5, гидроксид калия 0,2-0,3, пластификатор КССБ-2М 0,2-0,3, барит 30-65, смазочную добавку ДСБ-4ТТП 0,3-0,5, флокулянт – унифлок или праестол 0,001-0,004 и воду – остальное. 2 табл. Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к буровым растворам, используемым при бурении в осложненных условиях, например при бурении разведочных и эксплуатационных скважин в условиях аномально высоких давлений и температур. Известны буровые растворы, содержащие глину, хлорид калия, регулятор водоотдачи и вязкости, воду. В качестве регулятора водоотдачи и вязкости используют сульфит-спиртовую барду ССБ и КМЦ [1, 2]. Недостатком известных буровых растворов являются низкие смазочные свойства бурового раствора, высокий коэффициент сдвига корки, характеризующий липкость раствора, что приводит к возникновению больших усилий при перемещении бурильных труб, затяжкам и прихватам бурового инструмента. Наиболее близким техническим решением является буровой раствор, содержащий глину, реагент-стабилизатор, минеральную соль – КС1, CaCl2, MgCl2, NaCl2, смазочную добавку ЯМР-1, на основе экстрата смолки селективной очистки масел и дизельных фракций нефти [3]. Однако известное техническое решение для улучшения структурно-механических и реологических свойств бурового раствора требует больших расходов химреагентов. Кроме того, применение ЯМР-1 при концентрациях выше 1% повышает стоимость раствора и влияет на его токсичность. Предлагаемое техническое решение улучшает качество бурового раствора путем снижения водоотдачи, а также улучшает структурно-механические и реологические свойства раствора. Поставленная задача достигается тем, что утяжеленный буровой раствор, содержащий глину, реагент-стабилизатор – карбоксиметилцеллюлозу КМЦ, минеральную соль – хлористый калий KCl, гидроксид, пластификатор КССБ, барит, смазочную добавку и воду, содержит в качестве КМЦ – КМЦ-900, КССБ – КССБ-2М, гидроксида – гидроксид калия KOH, смазочной добавки – ДСБ-4ТТП и дополнительно флокулянт – унифлок или праестол при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Глина 5-10 Реагент стабилизатор КМЦ-900 0,2-0,3 КС1 3-5 Флокулянт – унифлок, праестол 0,001-0,004 ДСБ-4ТТП 0,3-0,5 КОН 0,2-0,3 КССБ-2М 0,2-0,3 Барит 30-65 Вода Остальное В качестве стабилизатора бурового раствора используют КМЦ-900. Высокомолекулярный натрий – карбоксиметилцеллюлоза. Выпускается по ТУ 2231-057-07508003-2002. Степень полимеризации 1020, степень замещения 85, растворимость в воде 98,3%. Праестол – порошок белого цвета на основе акриламида марки 2500, выпускается по ТУ 2216-001-40910172-98, содержание основного вещества не менее 90%. Используется как флокулянт буровых растворов. Унифлок – водорастворимый полимерный препарат, выпускается по ТУ 6-00-0203843-24-89. Порошок желтоватого кремового цвета, насыпная плотность 1-1,2 г/см3, растворимость в воде не менее 90%. Используется как флокулянт буровых растворов, расход составляет в тысячных долях %. В качестве регулятора щелочности бурового раствора используют гидроксид калия, для снижения коллоидной фазы – флокулянт (унифлок или праестол). Для утяжеления бурового раствора применяют барит марки КБ-3, класса Буровой раствор по ГОСТ 4682-84. Применяемая в растворе КССБ-2М выпускается по ТУ 39-044-75 и представляет собой продукт конденсации отходов целлюлозно-бумажного производства. По внешнему виду КССБ – 2М – порошок темно-коричневого цвета. Растворимость в воде не менее 90%, плотность 1,39 г/см3, водородный показатель 7-9. Применяемая в растворе смазочная добавка ДСБ-4ТТП на основе моноэтаноламиновой соли талового масла и полигликоля представляет собой жидкость темно-коричневого цвета с температурой застывания 45-48 При приготовлении заявляемого раствора используют следующий порядок: глину затворяют пресной водой и перемешивают до полного диспергирования. Затем в глинистую суспензию вводят реагент-стабилизатор КМЦ – 900 и вновь перемешивают, затем вводят 10%-ный раствор КССБ – 2М. КОН и смазочную добавку. Затем перемешивают раствор в течение 30 минут и после этого вводят флокулянт и барит. Раствор вновь перемешивают и он считается готовым. Приведем примеры приготовления заявляемого раствора в лабораторных условиях. Пример 1. Готовят 5%-ную глинистую суспензию, перемешивают до полного диспергирования глины. В полученную глинистую суспензию вводят 0,3% реагента-стабилизатора КМЦ-900 и вновь перемешивают. В стабилизированный раствор вводят 0,2% по сухому веществу 10%-ного раствора КССБ – 2М, 0,2% КОН, после тщательного перемешивания вводят 3% КС1 и 0,3% реагента ДСБ-4ТТП. После перемешивания в течение 30 минут вводят флокулянт 0,001% и 40% барита. После тщательного перемешивания раствор считается готовым. Пример 2. Готовят 7%-ную глинистую суспензию, перемешивают до полного диспергирования глины. В полученную глинистую суспензию вводят 0,2% реагента-стабилизатора КМЦ-900 и вновь перемешивают. В стабилизированный раствор вводят 0,3% по сухому веществу 10%-ного раствора КССБ-2М, 0,2% КОН, после тщательного перемешивания вводят 4% КСl и 0,4% реагента ДСБ-4ТТП. После перемешивания в течение 30 минут вводят флокулянт 0,004% и 40% барита. После тщательного перемешивания раствор считается готовым. Пример 3. Готовят 10%-ную глинистую суспензию, перемешивают до полного диспергирования глины. В полученную глинистую суспензию вводят 0,2% реагента-стабилизатора КМЦ-900 и вновь перемешивают. В стабилизированный раствор вводят 0,3% по сухому веществу 10%-ного раствора КССБ-2М, 0,3% КОН, после тщательного перемешивания вводят 5% КС1 и 0,4% реагента ДСБ-4ТТП. После перемешивания в течение 30 минут вводят флокулянт 0,004% и 40% барита. После тщательного перемешивания раствор считается готовым. В соответствии с приведенными примерами готовят различные варианты раствора, отличающиеся количественным содержанием ингредиентов. Составы и свойства растворов приведены соответственно в таблицах 1 и 2. В качестве реагента-стабилизатора бурового раствора используют КМЦ-900. Использование КМЦ-900 менее 0,2% приводит к увеличению водоотдачи, уменьшению вязкости и стабильности раствора. Увеличение значения более 0,3% приводит к значительному увеличению вязкости. В качестве минеральной соли, повышающей ингибирующую способность раствора, используют хлористый калий, выпускаемый по ГОСТ 4568-74. Исследования характера взаимодействия глин с растворами солей калия показывают, что процесс набухания ускоряется с увеличением концентрации в растворе хлористого калия и закачивается через 2-4 часа при 3-5%-ной концентрации хлористого калия. В пределах этой концентрации степень набухания так же достигает минимальных значений. Дальнейшее увеличение концентрации хлористого калия до 10-30% не приводит к заметным изменениям показателей набухания, а уменьшение концентрации КСl до 1% увеличивает период набухания глин. Оптимальное значение гидроксида калия находится в пределах от 0,2-0,3%. Уменьшение или увеличение КОН приводит соответственно к снижению или увеличению рН раствора. В указанном буровом растворе используют бентонитовые глины в пределах 5-10%. Уменьшение содержания глины менее 5% приводит к получению малоглинистого бурового раствора, что приводит в последствии к выпадению барита. Увеличение процентного содержания глины увеличивает вязкость раствора, что приводит к увеличению корки, прихватам, плохой проходке. В качестве смазочной добавки на основе моноэтаноламиновой соли талового масла и полигликоля применяют ДСБ-4ТТП. В этой добавке дорогостоящие вещества, остаточные продукты производства синтетического каучука Т-66, Т-80, таловое масло заменены полигликолем (многоатомные спирты). Уменьшение концентрации смазочной добавки менее 0,3% в растворе приводит к уменьшению смазочной способности, в результате чего происходят прихваты и затяжки бурового инструмента. Увеличение смазочной добавки более 0,5% приводит к необоснованному увеличению затрат. Пластификатор КССБ-2М применяется для регулирования фильтрационных и реологических свойств буровых растворов, однако добавление КССБ в глинистые растворы сопровождается образованием пены и требует применения специальных пеногасителей. В предложенном утяжеленном буровом растворе применение КССБ-2М в пределах 0,2-0,3% не приводят к вспениванию раствора, так как высшие жирные кислоты, входящие в состав смазочной добавки ДСБ-4ТТП, образуют при умеренных температурах нейтральные соли (мыла), дегидратирующие при температуре 140-160 Кроме того, аминогруппы NН2 и ОН, входящие в состав ДСБ-4ТТП, вступают в реакцию с минералами и миносульфоновыми кислотами, входящими в состав КССБ-2М, и образуют легкорастворимые соли, что приводит к значительному снижению водоотдачи, предотвращает солевую флокуляцию бентонита и сводит к минимуму возможность высокотемпературного застудневания глинистых растворов. Использование КССБ-2М в утяжеленном буровом растворе позволяет контролировать водоотдачу следующим способом: отрицательно заряженные ионы лигносульфоната прилипают к положительно заряженным ребрам пластинчатых частиц глины, тем самым препятствуют слипанию частиц глины по типу “поверхность к ребру” и поддерживают диспергированное состояние частиц твердой фазы. Обработанный КССБ-2М буровой раствор образует при фильтрации тонкую рыхлую корку, имеющую пониженную липкость, что снижает затяжки и прихваты бурильных колонн. Совместное использование КССБ-2М и смазочной добавки ДСБ-4ТТП увеличивает диапазон действия обоих компонентов и снижает их расходы. Использование предлагаемого утяжеленного бурового раствора в сложных горно-геологических условиях, например при бурении глубоких и сверхглубоких скважин с аномально высокими давлениями и температурами до +200 Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР №1399322, М.кл. С 09 К 7/02, 04.02.86. 2. Авторское свидетельство СССР №1696451, М.кл. С 09 К 7/02, 26.06.89. 3. Авторское свидетельство СССР №2027734, М.кл. С 09 К 7/06, 27.01.95. Формула изобретения
Утяжеленный буровой раствор, содержащий глину, реагент стабилизатор – КМЦ, минеральную соль – хлористый калий KCl, гидроксид, пластификатор – КССБ, барит, смазочную добавку и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве КМЦ – КМЦ-900, КССБ – КССБ-2М, гидроксида – гидроксид калия KOH, смазочной добавки – ДСБ-4ТТП и дополнительно флокулянт – унифлок или праестол, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Глина 5-10 Реагент стабилизатор – КМЦ-900 0,2-0,3 КСl 3-5 Флокулянт – унифлок или праестол 0,001-0,004 ДСБ-4ТТП 0,3-0,5 КОН 0,2-0,3 КССБ-2М 0,2-0,3 Барит 30-65 Вода Остальное РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
С, относится к умеренно-опасным веществам, четвертый класс опасности по ГОСТ 12.1007 и выпускается по ТУ 38.401-66-107-99, экологически безвредна.