Буровой раствор

Буровой раствор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: буровой раствор содержит, мас.%: глина 8-40; оксид магния 1-3; лигносульфонатный реагент 2- 6; вода остальное. Характеристики раствора . Обладает низкой вязкостью и прочностью структуры, реаологической термостойкостью и термостабильностью до 200°С. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 09 К 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4824 609/03 (22) 14,05.90 (46) 30.05.92. Бюл. ЬЬ 20 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) Я.И.Тарханов, В.Э.Ганкин, M.È.Ëèïêåñ, Т,Л.Толмачева, H.Н,Карелина, Л,П.Денисова и Л.И.Щеголевский (53) 622.243.144.3(088.8) (56) Вайвад А.Я, Магнезиальные вяжущие вещества, Рига: Зинатне, 1971, с. 271, Кистер 3.Г. Химическая обработка буро-. вых растворов, M.: Недра, 1972, 392 с.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к составам буровых растворов.

Известны буровые растворы на основе глины и воды, которые для улучшения реологических свойств содержат лигносульфонатн ые реагенты-стабилизаторы, Однако подобные буровые растворы вызывают пептизацию выбуренной породы, разупрочнение стенок скважины, недостаточно устойчивы к действию высоких температур, нестабильны во времени.

Наиболее близким к предлагаемому является буровой раствор, включающий кроме глины, воды и лигносульфонатного реагента ингибитор гидратации и разупрочнения глинистых сланцев, состоящий из извести (оксид или гидрооксид кальция) и каустической соды.

Основную роль в снижении набухаемости и диспергируемости глины при известковании играет необменное поглощение извести глиной с образованием гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, которые

„„ Щ„, 1736985 А1 (54) БУРОВОЙ РАСТВОР (57) Сущность изобретения: буровой раствор содержит, мас.0(,; глина 8 — 40; оксид магния 1 — 3; лигносульфонатный реагент 2—

6; вода остальное. Характеристики раствора. Обладает низкой вязкостью и прочностью структуры,.реаологической термостойкостью и термостабильностью до

200 С. 2 табл. блокируют активные центры поверхности глинистых минералов, вызывая уменьшение ее гидрофильности. Каустик вводится в раствор для ограничения растворимости извести. поскол ьку .повышенное содержа н ие ионов кальция в дисперсионной среде ухудшает стибилиэирующую способность защитных реагентов и-вызывает коагуляцию системы, рост водоотдачи и структурно-.механических свойств. Кроме того, каустик облегчает взаимодействие Са(ОН)2 с глиной, активируя поверхность глинистого минерала, Недостатком указанных растворов является их низкая термостойкость, приводящая к загустеванию, а.иногда и к затвердеванию этих систем при температурах свыше 120 С. Ограниченная термоустойчивость объясняется интенсификацией с повышением температуры химического взаимодействия глины с гидроокисью кальция и образования конденсационно-кристаллизационных структур гидросиликатов кальция, которые является гидравлически1736985 ми вяжущими веществами. Этот. процесс структурообразования усиливается с повышением концентрации извести, что является препятствием к достижению высокой степени кальцинирования и достаточного ингибирующего эффекта.

Целью изобретения является снижение вязкости и прочности структуры, обеспечение реологической термостойкости и термостабильности буровых растворов до

200 С.

Указанная цель достигается тем, что буровой раствор, состоящий из глины, воды, ингибирующей добавки (ингибитора) и лигносульфонатного реагента, содержит в качестве ингибитора оксид магния, причем компоненты взяты в следующих соотношениях, мас. Д:

Глина 8-40

Оксид магния 1 — 3

Лигносульфонатный реагент 2 — 6

Вода Остальное

B.êà÷åñòâå глин были выбраны саригюхский бентонит, дружковская гидрослюда и черкасский палыгорскит, В качестве стабилизаторов использовались реагенты, традиционно используемые r. известковом pà ñòàoðe; сульфит-спиртовая барда (ССБ), конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ) и окзип, Снижение реологических характеристик, предотвращение температурных загустеваний и обеспечение термостойкости до

200 С объясняется хемосорбционным поглощением оксида магния и продуктов его гидратации глиной и с образованием на ее поверхности минералов типа гидросиликатов и гидроапюминатов магния, которые s отличие от гидросиликатов и гидроалюминатов кальция не являются гидравлическими вяжущими веществами и характеризуются значительно большей устойчивостью к действию температур, чем глинистые минералы, а также прочной. связью новых поверхностных соединений с реагентами-стабилизаторами, Одновременно оксид магния обеспечивает и сильный ингибирующий эффект, гидрофибизируя поверхность частиц и снижая ее набухаемость, о чем свидетельствует значительный рост водоотдачи и коагуляционное загущение пОдвижного бентонитового раствора после введения в него MgO.

Результаты влияния оксида магния на свойства бентанитовой суспензии представлены в табл,1.

Наличие на поверхности кристаллической решетки алюмосипикатов гидрата оки15

30 си магния и особенности коллоидно-химической активности последнего облегчают и усиливают взаимодействие глинистых минералов с лигносульфонатными реагентами с образованием координационных и водо- . родных связей между поверхностными ионами магния и полярными группами стабилизаторов, значительно более прочных чем обменные связи реагентов с поверхностью глины, неустойчивых к температурным воздействиям. Образовавшиеся при этом стабилизационные слои гидрофилизуют модифицированные MgO глинистые частицы и надежно экранируют коагуляционнотиксотропные контакты, что обеспечивает низкие реологические параметры предлагаемого бурового раствора, его термостойкость и термостабипьность и диапазоне температур от 20 до 200 С.

Технологию приготовления и порядок испытания предлагаемого раствора описываем на примере раствора N 13 (табл.2).

В 425 мл воды засыпают 50 г саригюхского бентонита и перемешивают 1,5 ч нв высокооборотной мешалке, Затем вводят

i 0 r оксида магния и 15 r КССБ и перемешивают еще в течение 30 мин, Для оценки термостойкости бурового раствор"., свойства сохранять реолог .ческие -араметры в технологически допустимых диапазонах в процессе нагрева и охлаждения, и его термостабильности, определяющейся отсутствием гистерезиса реологических свойств при нагреве-охлаждении, часть рас35 твора испытывали в высокотемпературном реометре Farm-50С (США), а оставшийся раствор термостатировали 5 ч во вращающихся автоклавах. Температура нагрева в реометре и автоклавах дпя растворов с

40 МцО составляла 200 С, а для растворов с известью (СаО) составляла 150 С, поскольку . после нагрева до 2000С все известковые. растворы имели неприемлемо высокие реологические параметры, При испытании в вы45 сокотемпературном реометре измеряли реопогические параметры растворов в процессе нагрева-охлаждения. После термоста.,ти рова ния в автоклавах измеряли плотность, условную вязкость, показатель

50 фильтрации и водородный показатель рас: творов, Результаты экспериментов представлены в табл.2.

Как видно из табл.2, известковые рас55 творы технологически несостоятельны даже при температуре 150 С (растворы t-3), Предлагаемый буровой раствор, содержащий в качестве ингибитора оксид магния, является термостойким и термостабильным до 200 С, т.е. сохраняет удовлетворитель1736985

Таблица 1

Обменная емкость бентонита вы численная по адсорбции метиленовой сини, мг-we/100 глины

Технологические показатели

Содержание компонентов.мас. . в растворах

Статическое напряжение сдвига. снс.

1/10 6 Па

Условная вязкость, УВ,с

Показатель фильтрации, Ф, г/см

Плотность, г/см . растворы . рн. мдо

Бентонит

54/60

500

6,0

10,6 зг

Не течет

12 зз

1.07

1,07

1

2 ные реологические свойства в интервале температур 20 †2 С и имеет практически идентичные вязкость и прочность структуры до нагрева и после охлаждения.

Диапазон содержания глины определяют в растворах 10-12, 16-18. Нижний пре дел содержания глины 8, так как ниже этой величины растворы теряют седиментационную стабильность, а верхний предел

40о(„так как выше этого предела растворы обладают очень высокими структурно-механическими свойствами.

Диапазон содержания оксида магния определяют в растворах 4,6,22,24. Ниже величины 1 — МоО не оказывает заметного модифицирующего действия на глину, что обусловливает низкую термостабильность систем.:После нагрева до 200 С и последующего охлаждения вязкость растворов увеличивается. в 2 — 3 раза, а прочность структуры в 7-10 раз. При концентрации оксида магния свыше 3% повышается волокнистость образовавшихся гидросиликатов магния, что приводит к увеличению прочности структуры и гелеобраэованию при высоких температурах. . Пределы содержания понизителя вязкости определяются в растворах 5,6 и 22,23.

Ниже содержания лигносульфонатного реагента (2 ) не обеспечивается достаточной стабилизации, что приводит к повышенной вязкости и прочности структуры. При преВЫШЕНИИ ВЕРХНЕГО ПрЕдЕЛа (6 з) НаЧИНаЕТСЯ сопряженное структурообразование глинистые частицы — реа гент, что также и ри водит к росту вязкости, статического напряжения

5 сдвига и гистерезису реологических характеристик после охлаждения.

Применение предлагаемого бурового раствора обеспечивает снижение затрат материалов и времени на обработку раствора

10 вследствие высокой термической устойчивости и стабильности системы, а также позволяет исключить применение каустической соды и повышает срок службы бурильного инструмента в результате понижения

15 щелочности предлагаемого бурового раствора по сравнению с прототипом, Формула изобретения

Буровой раствор, содержащий, глину, 20 воду, ингибирующую добавку и лигносульфонатный реагент, отличающийся тем, что, с целью снижения вязкости и прочности структуры, обеспечения реологической термостойкости и термостабильности до 200 С, 25 раствор содержит в качестве ингибирующей добавки оксид магния, причем компоненты взяты в следующих соотношениях, мас. :

Глина 8 — 40

Оксид магния 1 — 3

Лигносульфонатный реагент ... 2-6

Вода Остальное.

1736985

I б

1 I

1 I

I 1

I 1 1 о

I 1

1 О I

1 О 1

1 О I

1 м

3 . С

1 1

1 1

I l, 1 - f

3 и б и

1 1 е 1

С ВО I

E 1 I

3 б

l

I

1

1

1

I

3С 1

z I

Z I

03 б с

Ф I

Х 3

О 1

В

fU б с ю

Н 1

О s с

1 н

О о (Ч 3

I

1

I

I

I

1

1

I

3 б

1 !

1

1

1

I б б

1 б

1 б

1

1

1

1

Э

1

3

1

1

1 б

° б

I

I

1

1

1

1

I

1

I

I

I б

1

I

I

1 б

I

В

1

1

З ю а!

I Э

30 (X

0 I

a 0 3

С 1

1 е 3

Х 1 и б

4l Г

X 1

\ 1

О б

С 1

03

1

I

1

В

1

I

I

4l

I- f0

u L с*

lC 0l гэ

C О

К 1(С О

z o

Ф а

* о

3- Х х v

ah ъа сч о л - а

Г4 С404 — О»

N..Î СЧ

С4 .т О иъ ь (Л O O ъ т

СО ОMO (О

ЮЪМС(NCO ю с

I I х «О 1

Ф 1 а ио 1

X: 1

Фи 1

z I

-Ф !

ы er

I I

I 1

3. t

В 1! u с

1 1

3 О 1 о 1 о.

1 с\ l

3 I

3. т

1 I

1 ° I б Г I о!Го

° б ю

Ф с ю о б (I С

v a

Ф с

У 10

z z

30I 0l

Ы О н б

СГ\ ,О О (no M

О о

-т t О\ — м сч

В»й

4l

I l0

Н 3

О Х

Y 0l

3l

Ll

IC 3

f0 Н

* D

О а

z o

3- Х х о

ы и ъ а ол м -o мсч о

С3 ло в т Оъ Ф э

1 I — 1!

I

e o

IC Ы I I а*х Ст

С Z ФН (01

СФ аХСФ

z EuoaE!

-т-о ,О О»

34 (Ъ

О ICLO

«сю О

ы

* о

3- Х

fg И

3- е н т

1 Iv о х

1 ЕЪ

1 Cs

1 IC

I 30 х

3 C т

Э.

1 Х

3 е б Я

В б I

z б 3

1 0

3 1° н

Ф с б

3 б В х

Ф а б о

4 1 (о

Х 1СЪ

Ы 3 О

v о а r

О I х 1

vu1 v

I t е 3 сэ I ас Гь 1 сх !— I — -с

1

1

1 fg

I Ф

t ы

1. а

I L

1 Ф !

Э

3 (E

Ф Н

ЭО

1 Сю

3 (4 б

3

1

1

t eo(4

1 — С4 Гч

I гчст О т -0 (Э СО сч о (Ч О

W O CD с4 с 4 а

oceL х а*s ФФ о с z eo e

ФФыахс

0 х Xuoc=t

4l Г

1 С I

I Ф Ф t (E Х Y I- 3 озоes.

az се\а — —.!

43 i I

С 1- Х Х е43хи I

С О

fg X Ф I

n43аЕ I

o O 3

I" I

Кгбн 1

e c Oo I

Ф хл t

С I

I- X

I н и I

О I

z I.. — — -4

1 о

3 Cj о б о

I

° 3

1 fg ю х о

1 б

I I

I Ф о с

О (Л

С--1 1 ю л б. О

I С

I C (U

О о с

С3 (4 х а с гч о

Ъ

-О гч тъ

lg а с

О

Iи

t0 а

С И

ы

Ф а

О Л а л

Х 0

3- CL

f0 0l

I" C

О ы

E Л

В.

g х

I Cl л

O. II (О

lf/L

Мсп 0

О-Х

3Ы СО

0 43 х а

ы о

Ф а а

Ф Ф

С 1I

0l с л

0l Ф

If t cO

Ст D О

3

I

1 — 3

f0

eO

СС

Cl и

СЭ

Cf

С4 ооo аиъ л

1

1

1 3

1 X

I l0

1 Y о

3.

Э f>

В (.3

Ф Y

В

I LO ! o

I O

I ° I

1 б 1

l (Ъ х

f0 а

Ф

ы

О

0 а

I

I б

1 1 I б ° а а гч а Л ооо

1 !

1

\ б с

3 ею

Г-—

I O

l Ф н

1 Ю

Ф 00

I.

Г б

Х 1 3caz

COY

С 1 О

t I

lR3» аас л

1Lоа

О

1 1- X х Г- а

eze

taOZu

3 1 I 1 1 а an о

I б т

1 1 I 1 I

Ф о

ы

z.

ы х о с х о х

1 .З

l

1

° (б

1 I б

1 1 б ооо

1 t т

av s

4l Ф Y тхо

I I I б !

° б!

Г

В б

1

О

l0 С

О Ф

Х Y

ы

z

fg

33 а

ы а о (Э

О х z я х х оооо о ю 3

Л и

f0

З а

О

N(\

1

1

1 б

1

1

I с

t- I ( с

I

В

Э

I

1

1 1

I

t

t

I

t

l

I

I с

I

t

I !

I

1 г

I

I

t

В

I

1

1

I

I

I

I

1 !

1

Г

I

I

3

1

I

1

1 б

1

1

1

1

I

3

Г

Э

I1

1

1 б

1

I

lA LCL fA lA 1

Ва 1

\чcn i «o(ъ.тîDC ca(4I» I

50 са (Ч (ъ 1

I

3А аа иъ lA LA 3

I.т с(о о сс ъа о (ч л м.т Π— сб

C4 - ЧФ N N Гч О(Ч

1

1

1 леъ

ОС 4ОО О(Ч ОСЧ\Ч Ои (Л»« I

О О О О г ЪО (Ч а О С4 О сч в "Ъ 3

1

3 аа а а л а и« о 1 алмасч гч еч т (ч ° ъсч м О Й-т ма с(чю 1

I (О I

z Ф

У I о 3 о 1

I- 3

u,. и\

Л lh cg LA

Ф ° восч тлсч !hugo

Х МЛСЧСЭЕЧ Ч СО СЧСО

I о 1

z I х, 1

О 0

О а» а гт т Π— 1

N — оо чю Ф (о о О осо Осо 3 1 т\ч 3 мао л м(ч N4 .

«00 (ч х сб(О еч ллло лллл о сч

ooahNo Ф ллтааоа(ч(Овод 3

N c4 o E D тoo Mo I

z) 3

cs.

v, В, fn а 3

LFf LA 1 а а -. u IA an lA I

В .СасЧ - Ф1 м - - саъОВЛОлчбм !

CO О ОЪ CO С Ъ О СЧ Г4 1

3 (I

3 а иъ (LA 1

ВО т тО(чм(чо(ОСО б

cF»4o \ч-т сч N (ч м 31

1 !

Оъ-т (ч M о с4 о о о о о сч M а î Lh N Ih л IA I б

MСЧ О O O O O O O O O O D MO (Ч O \Ч N M

I б иъаа а и ъ an (ъю еча.тчб-т Оъв (ОВФ .Оса амс4а О ъа ъ "3

* -ОСЭ i ° С» Ю

coco Сэ оса О Оъ съ тъОС (тъ с:ъ съ съ с ъ О ъ «Оъ cta I

I,ò о О Ьэ o Оъ т cl ь сч а N o ao сч о а сч СО са

I вchл Осыl со О-т Оиъ ОLALA т тлл (ъ.тсо

I

СЭ б асчл-о-б,а во-т аечсоечсчсъеч мвеч о

IhMNN N MNNNN ЪВММСЭ Гч — М 1

I COCOЛЕ ЛМ ОСОСОСО \С Е COОЪCOСОВВСО

ООООNÎO ОDOO МММОDÎOOO б

«Э 1

1 б

1 б

ОООО О ОООООООООООООО I

ODOOOO OODOOOOOOOOOOO I (Ч (3 \4 (Ч сЧ 4 (4 Гч (Ч Е4 Сч (4 ЕЧ Г4 ЕЧ ЕЧ (Ч (4 N (3 I

В

I г Вмеъб 3 1 3 б тс t 3 s s s ю ю

I (л I

1 б I б б I 3 м ю 3-т t

1 и ъ 1

t (ч«N б l Nw т т I I -т.т т т 40 l (ъООВО

I

I б Э 1 3 ° I I I 1 I I I

t б 1 t б Ф I I 1 б с l 3 1

1.4

tA 1

o» NN сч(чN(4сч(YNN34(AMМ Ът I

1 б б

lA б

1 I I I В I 1 1 б t 3 I I I

1 о аоа I

1 1 I 1 ("ЪI б 1 I б 3 100 т т б I б 1 1 1 l

1

ООО OOOOOO 3

О (O I В 1 I 1

1

D «c4 м т \лчю л(О cno N м т б

-т а(О л СО в—