СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 1999 года по МПК C09K7/00 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к промывке ствола.

Известен способ приготовления бурового раствора (а.с. 619500, СССР, кл. C 09 K 7/00, 1978, бюл. N 30) путем диспергирования в воде глинистых частиц, предварительно активированных в зоне коронного разряда отрицательного электрода, при котором воду подвергают электролизу и отбирают из зоны отрицательных электродов, после того как ее pH достигнет 14, а глинопорошок вводят в воду не более чем через 8 - 10 мин.

Однако данный способ не нашел практического применения ввиду недостаточной эффективности.

Наиболее близким аналогом является способ обработки буровых растворов (а. с. 1035049, СССР, кл. C 09 K 7/02, 1983, бюл. N 30), заключающийся во введении карбоксиметилцеллюлозы - КМЦ и ее активировании перед введением в раствор в зоне отрицательного электрода с интенсивностью электрического воздействия 1000 - 1200 Кл/л и редокс-потенциала - 500 - 800 мВ.

Известный способ позволяет регулировать вязкость и гидравлическое сопротивление бурового раствора, но не обеспечивает регулирование водоотдачи буровых растворов в широких пределах.

Задачей изобретения является снижение водоотдачи буровых растворов и затрат химреагентов, в частности каустической и кальцинированной соды, используемой для активации действия КМЦ и торфа.

Поставленная задача решается тем, что в способе приготовления бурового раствора путем введения в него водного раствора карбоксиметилцеллюлозы, активированного в зоне отрицательного электрода, для приготовления водного раствора используют слабоминерализованную воду, подвергнутую активации в катодной камере проточного электрохимического реактора и после того, как ее pH достигнет значения 12, а редокс-потенциал - (-800) - (-900) мВ, в нее вводят карбоксиметилцеллюлозу. Причем в буровой раствор вводят дополнительно водный раствор торфа, приготовленный аналогично водному раствору карбоксиметилцеллюлозы, а также перед введением в буровой раствор водных растворов карбоксиметилцеллюлозы и торфа их подвергают обработке в зоне отрицательного электрода с интенсивностью электрического воздействия 30000 Кл/л и редокс-потенциала - (-900) - (-1000) мВ. Активизация воды, а не водного раствора КМЦ, как это осуществляется в прототипе, способствует равномерному распределению потока воды по поверхности электрода и обеспечивает одинаковую плотность тока в любой точке поперечного сечения катодной камеры проточного электрохимического реактора. В прототипе предусмотрена активизация водного раствора в зоне отрицательного электрода электролизера, при этом в этой зоне накапливаются продукты электрохимических реакций, формируя осадки различной плотности и увеличивая местные гидравлические сопротивления. Проводимость таких зон выше, чем в потоке, поэтому значительная часть электрического тока расходуется на разогрев воды в застойных зонах и локальный синтез устойчивых продуктов электролиза, но не на электрохимические преобразования протекающей воды.

Для обеспечения регулирования водоотдачи бурового раствора в более широких пределах в буровой раствор предлагается введение также водного раствора торфа, приготовленного аналогично раствору карбоксиметилцеллюлозы. Введение торфа не только позволит повысить экологическую безопасность бурового раствора и устойчивость стенок ствола скважины, но и уменьшить расход химреагентов.

Повышение значений pH буровых растворов и активизация действия КМЦ и торфа, как правило, обеспечивается добавками каустической соды. Однако, каустическая сода способствует снижению устойчивости и разрушению глинисто-аргиллитовых пород, вызывает наработку мелкодисперсного шлама, ухудшающего реологические свойства бурового раствора. Значительные расходы каустической соды приводят к повышению затрат на бурение скважины и ухудшению экологического состояния окружающей природной среды. Кроме того, работа со щелочью требует специальных мер безопасности для обслуживающего персонала.

Поэтому для повышения активации действия КМЦ и торфа без применения щелочи предлагается перед введением в буровой раствор растворов карбоксиметилцеллюлозы и торфа подвергнуть их обработке в зоне отрицательного электрода с интенсивностью электрического воздействия 30000 Кл/л и редокс-потенциала - (-900) - (-1000) мВ.

В известных источниках патентной и научно-технической информации не описано способа, позволяющего повысить надежность процесса активации и уменьшить расход химреагентов.

Сказанное позволяет сделать вывод о наличии в заявляемом техническом решении "изобретательского уровня".

Способ осуществляется следующим образом.

Слабоминерализованную воду (до 3 г/л) подвергают активации в катодной камере проточного электрохимического реактора и после того, как ее pH достигнет значения 12, а редокс-потенциал - (-800) - (-900) мВ, ее заливают в механический смеситель и засыпают необходимое количество КМЦ, перемешивают 10-15 мин, затем добавляют водный раствор торфа, приготовленный аналогичным способом.

Для того, чтобы щелочность электрохимически активированной воды была выше 0,5%, следует ее pH поддерживать на уровне не ниже 12, так как при pH 11,5 щелочность равна 0,15%.

Униполярную обработку жидкости затворения КМЦ и торфа следует осуществлять до достижения редокс-потенциала от -800 до -900 мВ, при этом обеспечиваются оптимальные условия их активации.

Для увеличения экстракции гуминовых веществ из торфа и повышения активности КМЦ, в результате увеличения линейного размера макромолекул, перед введением растворов КМЦ и торфа в буровой раствор, их подвергают обработке в зоне отрицательного электрода с интенсивностью электрического воздействия 30000 Кл/л и редокс-потенциала - (-900) - (-1000) мВ. Такая высокая пространственная плотность электрического заряда необходима для активации молекул органических соединений и обеспечения взаимодействия их с возбужденными ионами жидкости затворения. При интенсивности электрического воздействия менее 30000 Кл/л процессы электрохимического превращения веществ смеси недостаточно активно происходят. При пространственной плотности заряда более 30000 Кл/л может возникнуть конформационная перестройка молекул органических соединений, которая приводит к снижению качества получаемого препарата.

Наиболее благоприятный режим для протекания электрохимических реакций, способствующих экстрагированию гуминовых веществ и повышению активности, достигается при получении редокс-потенциала в пределах от -900 до -1000 мВ. При величине редокс-потенциала менее -900 мВ не достигается необходимой интенсивности этих реакций. При величине редокс-потенциала более -1000 мВ интенсивность ионнообменных процессов практически не меняется (таблица 1) и продолжение режима активации приводит к непроизводительным энергетическим затратам.

Пример.

Для приготовления водного раствора карбоксиметилцеллюлозы в механический смеситель МГ-2-4 заливают 3 м³ слабоминерализованной воды, подвергнутой активации в катодной камере проточного электрохимического реактора до значения pH 12, а редокс-потенциала (-800) - (-900) мВ, затем вводят 8 кг КМЦ-600-700 и перемешивают в течение 10 - 15 мин. Водный раствор из 400 кг торфа приготавливают на такой же воде, как и КМЦ, и добавляют в раствор КМЦ. После этого приготовленные растворы подвергают обработке в зоне отрицательного электрода установки с интенсивностью электрического воздействия 30000 Кл/л и редокс-потенциал - (-900) - (-1000) мВ и вводят их в буровой раствор.

Заявляемый способ приготовления бурового раствора позволяет по сравнению с традиционно применяемыми: снизить в 5-10 раз затраты по статье "химические реагенты"; повысить проходку на долото за счет хорошей очистки забоя и увеличения смазывающей способности бурового раствора; повысить кольматирующую и изолирующую способность бурового раствора в условиях водопритоков и поглощений; снизить разупрочнение стенок ствола скважины и набухание глинистых пород; сохранить экологический фон на площади; уменьшить загрязнение продуктивного пласта; обеспечить безопасность обслуживающего персонала в санитарно-токсикологическом отношении.

Способ относится к области бурения гидрогеологических, нефтяных и др. скважин, а именно способам приготовления растворов, используемых при проводке скважин. Техническим результатом изобретения является возможность регулирования водоотдачи буровых растворов в широких пределах и снижения затрат химреагентов. Способ приготовления бурового раствора предусматривает активацию слабоминерализованной воды в катодной камере проточного электрохимического реактора до достижения ее рН значения 12, редокс-потенциала до (-800) - (-900) мВ, введение после этого в нее водного раствора торфа и карбоксиметилцеллюлозы - КМЦ, причем водный раствор торфа и КМЦ перед введением в буровой раствор дополнительно подвергают обработке в зоне отрицательного электрода с интенсивностью электрического воздействия 30000 Кл/л и редокс-потенциала - (-900) - (-1000) мВ. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ приготовления бурового раствора путем введения в него водного раствора карбоксиметилцеллюлозы, активированного в зоне отрицательного электрода, отличающийся тем, что для приготовления водного раствора используют слабоминерализованную воду, подвергнутую активации в катодной камере проточного электрохимического реактора и после того, как ее рН достигнет значения 12, а редокс-потенциал - (-800) - (-900) мВ, в нее вводят карбоксиметилцеллюлозу. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в буровой раствор вводят дополнительно водный раствор торфа, приготовленный аналогично водному раствору карбоксиметилцеллюлозы. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что пред введением в буровой раствор водных растворов карбоксиметилцеллюлозы и торфа, их подвергают обработке в зоне отрицательного электрода с интенсивностью электрического воздействия 30000 кл/л и редокс-потенциала -(-900) - (-1000) мВ.