ДОБАВКА ДЛЯ БУРОВЫХ СОСТАВОВ Российский патент 2001 года по МПК C09K7/00 

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к технологии получения и регулирования свойств буровых составов.

Известно использование в качестве функциональной добавки в буровых составах апатитового концентрата в количестве не менее 1% от массы бурового раствора (Патент РФ N 2088627). При этом достигается снижение проницаемости фильтрационной корки буровых составов при одновременном увеличении их коагуляционной устойчивости.

Наиболее близким аналогом является добавка (наполнитель) для суспензий, используемых при вторичном вскрытии пластов перфорацией, и жидкостей гидроразрыва, содержащая железорудный титаномагнетитовый концентрат (ЖРК) Качканарского горно-обогатительного комбината. ЖРК включает 87-88% магнетита, 2% ильменита, по 1-3% оксидов магния, кальция, алюминия, ванадия, титана и около 1% кварца (патент РФ N 2071971). Этот наполнитель повышает плотность суспензий до 2,32 г/см³, позволяет использовать их для гидроперфорации и гидроразрыва нефтяных пластов. Достоинством наполнителя является его высокая кислоторастворимость.

К недостаткам ЖРК следует отнести его отрицательное влияние на реологические свойства суспензий. Так, при повышении плотности глинистой суспензии этим наполнителем от 1,02 г/см³ до 2,24 г/см³ с одновременной обработкой ее сухим гипаном (0,2%), ГКЖ-10 (0,1%) и НТФ (0,1%) пластическая вязкость суспензии возрастает до η_пл= 47 мПа • с, а динамическое напряжение сдвига до τ₀= 172 дПа (см. патент РФ N 2071971). Дальнейшее повышение плотности до 2,32 г/см³ приводит к росту этих показателей до η_пл= 75 мПа×c, τ₀= 260 дПа. Загущающее действие ЖРК делает невозможным его применение для повышения плотности буровых составов. Оптимальные значения реологических свойств буровых составов находятся в следующих пределах: η_пл= 6-10 мПа×c, τ₀= 15-20 дПа (см. Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин. - М.: Недра, 1984. С. 26-27). При этом рекомендуемая величина отношения динамического напряжения сдвига к пластической вязкости составляет τ₀/η_пл= 4,5-5,0. ЖРК обеспечивает τ₀/η_пл= 3,5-3,7. Вызываемое ЖРК многократное превышение оптимальных значений реологических свойств буровых составов приводит к нерациональному использованию гидравлической энергии в циркуляционной системе буровой установки и неоправданно высокому расходу реагентов-разжижителей. Указанные выше параметры глинистой суспензии получены при обработке ее НТФ в количестве 0,1%, что в 10-100 раз превышает традиционно используемые количества этой добавки (см. там же, стр. 126). Такой огромный расход НТФ недопустим прежде всего с экологической и санитарно-гигиенической точек зрения. Так, предельно допустимая концентрация НТФ в воде рыбохозяйственных водоемов (ПДК) составляет 0,05 мг/м³ (см. Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. - М.: ТОО "Мединор", 1995, п. 623). Таким образом, традиционно используемые концентрации НТФ не превышают или сопоставимы ее ПДК. При использовании ЖРК потребуется обработка бурового состава НТФ в количествах, превышающих ПДК в десятки и сотни раз.

Достигаемый в результате осуществления предложенного изобретения технический результат заключается в снижении загущающего действия добавки на буровые составы при одновременном повышении экологичности ее применения.

Указанный технический результат достигается за счет применения в качестве добавки для буровых составов титаномагнетитоапатитового концентрата (ТМА).

Титаномагнетитоапатитовый концентрат (товарное название ИКИМСО-ТМ) представляет собой порошок черного цвета плотностью до 5,2 г/см³ с преобладающим размером частиц от 75 до 5 микрон. Примерное содержание компонентов следующее, мас. %: оксидов железа - Fe₂O₃ и FeO до 80, оксида титана - TiO₂ до 19, оксида магния - MgO до 1 и оксида фосфора - P₂O₅ не менее 0,2%. Таким образом, ТМА отличается от железорудного титаномагнетитового концентрата Качканарского горно-обогатительного комбината наличием апатита, характеризуемого содержанием P₂O₅.

Способ применения ТМА заключается во введении его в буровой состав. В опытах использовали образцы ТМА, отличающиеся содержанием апатита: ТМА-0,1; ТМА-0,2; ТМА-4,1; ТМА-8,0 и ТМА-14,0 (цифрами обозначено содержание P₂O₅ в %). Образцы ТМА-0,1; ТМА-0,2 и ТМА-4,1 представляют собой природные формы титаномагнетитоапатитового концентрата. Образцы ТМА-8,0 и ТМА-14,0 получены путем искусственного обогащения апатитом образца ТМА-4,1. Состав исследованных титаномагнетитоапатитовых концентратов приведен в табл. 1.

Эффективность ТМА определяли путем утяжеления полимерглинистого, полимеркалиевого и нефтеэмульсионного буровых растворов до плотности p = 2250 кг/м³. Результаты исследований приведены в табл. 2.

Анализ результатов показывает, что при использовании ТМА с незначительным количеством апатита (опыт 1) имеет место резкое загущение бурового раствора ( η_пл возрастает с 8 до 32 мПа • с). Если же содержание апатита в ТМА, контролируемое по концентрации P₂O₅, возрастает, то загущающий эффект резко падает. Критическим является содержание апатита в ТМА, эквивалентное концентрации P₂O₅, равной 0,2%. Таким образом, ТМА с содержанием P₂O₅ более 0,2% пригодны для использования в качестве добавки для буровых составов.

Устранение резкого загущающего действия при утяжелении буровых составов предопределяет многократное снижение концентрации реагентов-разжижителей, что свидетельствует о повышении экологичности применения добавки ИКИМСО-ТМ.

Предложенное изобретение является новым, так как применение титаномагнетитоапатитового концентрата, содержащего не менее 0,2% мас. оксида фосфора в качестве добавки для буровых составов, из уровня техники не известно.

Оно имеет изобретательский уровень, поскольку возможность получения указанного технического результата за счет применения добавки указанного состава явным образом не следует из уровня техники.

Промышленная применимость изобретения подтверждена экспериментально.

Таким образом, данное изобретение удовлетворяет всем условиям патентоспособности.

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к технологии получения и регулирования свойств буровых составов. Техническим результатом является снижение загущающего действия добавки на буровые составы при одновременном повышении экологичности ее использования. Применение титаномагнетитоапатитового концентрата, содержащего, %: оксиды железа Fe₂O₃ и FeO до 80, оксид титана ТiO₂ до 19, оксид магния MgO до 1 и оксид фосфора P₂O₅ не менее 0,2, в качестве добавки для буровых составов. 2 табл.

Применение титаномагнетитоапатитового концентрата, содержащего, %: оксиды железа Fе₂О₃ и FeO до 80, оксид титана ТiO₂ до 19, оксид магния MgO до 1 и оксид фосфора Р₂O₅ не менее 0,2, в качестве добавки для буровых составов.