ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область использования изобретения
Изобретение относится к усовершенствованной добавке для контролирования потери циркуляции, поглощения и/или утечки бурового раствора во время выполнения операций бурения. В частности, добавку формируют так, чтобы ее можно было вводить в буровой раствор с намного более высокой скоростью, чем порошковые или измельченные добавки из сходных компонентов.
Описание предшествующего уровня техники
Известны различные добавки в данной области техники, которые используют для контролирования поглощения или утечки бурового раствора во время бурения. Хотя ассортимент типов добавок, используемых в этих целях, включает материал от органических до минеральных, а также пластики, причем большую часть этих добавок вводят в буровой раствор в виде порошка. Использование порошка имеет ряд недостатков. Основным недостатком является то, что добавка очень легкая, и это ведет к очень медленному ее смешиванию с буровым раствором, обладающим высокой вязкостью. При бурении быстрое введение добавок в буровой раствор и закачивание его в скважину имеют существенное значение и влияют на прибыльность, а иногда и на безопасность работы. Для преодоления этого недостатка медленного введения бункеры оснащали циклонами, соплами Вентури и форсунками для улучшения смешивания и предпринимали попытки втягивать добавки из бункера в раствор с высокой скоростью. Несмотря на усовершенствования технологии, смешивание все еще остается относительно медленным процессом. Поток через циклоны происходит медленно, случаются забивки и пыление создает проблемы. В некоторых регионах мира, где согласно требованиям стандартов выделения пыли должны быть нулевыми, пыление является существенной проблемой. Даже если отстраниться от требований стандартов по уровню выделения пыли, следует учитывать, что пыль создает опасность для обслуживающего персонала.
Другая проблема традиционных порошкообразных добавок возникает из-за обычных изменений операций бурения. Существует тенденция ведения подводного бурения на больших глубинах с использованием буровых средств больших габаритов, при этом требуются большие объемы бурового раствора. Имеет место тенденция к использованию более дорогих буровых растворов и синтетических масел, что подтверждает потребность в добавках, с помощью которых можно было бы контролировать поглощения или утечки бурового раствора. Эти факторы также оказывают влияние на повышение потребности в объемах добавок. Однако величина пространств для хранения, особенно на морских буровых установках, является ограничивающим фактором.
В поиске лучших добавок было испытано большое число органических материалов на предмет определения их эффективности как агентов для контролирования поглощений и утечек бурового раствора. В патенте США №4217965, выданном на имя Джима Дж. Креминса, указано, что отходы продуктов питания для крупного рогатого скота могут быть использованы в качестве добавки. Этот органический материал изготавливают из шелухи семян хлопка-сырца в сочетании с мукой из семян хлопка, бентонита, некоторых видов линта хлопка и поверхностно-активного материала. При приготовлении питания для крупного рогатого скота эти компоненты нагревают и затем прессуют и экструдируют с получением таблеток. Дж. Креминс отмечает, что преимущество использования отходов питания для крупного рогатого скота заключается в том, что при этом исключают этапы перемалывания, рубки и предварительной обработки, требующиеся, когда используют другие органические отходы. Поверхностно-активные материалы в таблетках действуют как смачиватель для сокращения времени смешивания без дополнительных химических добавок. Таблетки из отходов питания крупного рогатого скота относительно плотные и поэтому требуют меньше пространства для их хранения. Недостатком отходов питания для крупного рогатого скота является то, что они не распадаются мгновенно при контакте с буровым раствором, а вместо этого сохраняют свою форму и структуру, когда их добавляют в буровой раствор. Таблетки только начинают распадаться, когда их закачивают в буровую скважину.
Существует потребность в создании добавок в таком виде, при котором уменьшается до минимума пространство, требуемое для их хранения и/или транспортировки. Существует потребность в создании добавок в таком виде, при котором они смешиваются с буровым раствором с существенно большей скоростью. Существует потребность в альтернативных решениях, при которых было бы снижено до минимума или исключено выделение пыли при подаче добавок в буровой раствор.
Целью настоящего изобретения является удовлетворение этих потребностей. Целью настоящего изобретения является также создание добавки, которая бы быстро и эффективно распределялась в буровом растворе при ее введении. Эти и другие цели изобретения станут очевидными для специалистов в данной области при ознакомлении с настоящим описанием.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящим изобретением создан способ приготовления плотной добавки для использования в буровых растворах, а также предложен состав плотной добавки. Способ приготовления плотной добавки из материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, предназначенной для использования в процессах бурения, содержит следующие этапы: измельчение материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора для получения частиц малых размеров; нагревание материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора; приложение давления к материалу для контролирования поглощения или утечки бурового раствора для его уплотнения и продавливания через отверстия для получения плотной таблетированной добавки. Хотя множество материалов для контролирования поглощения или утечки бурового раствора является подходящими, предпочтительный вариант исполнения включает органический материал в качестве материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора. Эта таблетированная плотная добавка, предназначенная для использования в операциях бурения, изготовленная из измельченного материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, спрессованная в таблетку, обладает плотностью, существенно более высокой плотности измельченного материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора до прессования.
Из органических материалов для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, пригодных для изготовления плотной добавки, предпочтительный вариант исполнения включает целлюлозный материал. В частности, предпочтительными являются один или несколько из следующих материалов в сочетании: измельченная древесина, кора сосны, фруктовые выжимки, овощные выжимки, желтая сосна, кочерыжки кукурузы, скорлупа арахиса, кожура пекана, скорлупа миндаля, листья початков кукурузы, пчелиные крылышки, хлопковые сорные примеси, овсяная шелуха, рисовая шелуха, шелуха семечек, подсолнечник, лен, льняное семя, какао-бобы, перо, торфяниковый мох, джут, мохер, шерсть, бумага, сахарный тростник, жмых, опилки, бамбук, кора пробкового дерева, воздушная кукуруза, тапиока (мука из маниоки) и зерно сорго.
Таблетированная плотная добавка, отличающаяся повышенной плотностью, предпочтительно имеет диаметр в пределах 3,175-19,05 мм и длину в пределах 3,175-25,4 мм. Плотность добавки находится в широких пределах в соответствии с материалом для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, причем предпочтительная плотность соответствует наибольшему коэффициенту прессования, достигаемого на основе характеристик материала. Многие органические материалы могут быть спрессованы так, что плотность увеличится приблизительно в два-три раза в сравнении с плотностью измельченного материала.
Настоящее изобретение также относится к способу выполнения буровых операций, в котором буровой раствор подвергают циркуляции в скважине, пробуриваемой в земле, содержащему измельчение материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора с получением гранул, нагревание гранул для ожижения естественно присутствующих связующих веществ, продавливание нагретых гранул через отверстия для формирования таблеток, обладающих более высокой плотностью, чем плотность материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, добавление таблеток в буровой раствор для циркуляции в скважине. Нагрев обычно происходит в результате трения, возникающего во время процесса прессования. В процессе измельчения может также возникать небольшое количество тепла. Для выработки некоторых видов материалов для контролирования поглощения или утечки бурового раствора желателен подвод дополнительного тепла. В случаях, когда естественно присутствующие связующие вещества отсутствуют в материалах для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, в предпочтительном варианте исполнения способа предусматривают уменьшение до минимума количества тепла, генерируемого в процессе переработки и добавление соответствующего связующего вещества.
Часто источники волокна, используемого в качестве материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, находятся уже в измельченном состоянии, например опилки. Способ изготовления плотной добавки из таких материалов для контролирования поглощения или утечки бурового раствора содержит получение необработанного измельченного волокна и прессование измельченного волокна в таблетки, например, обладающие значительно большей плотностью, чем измельченное волокно до прессования.
Структура и способ согласно настоящему изобретению, а также другие отличительные особенности, преимущества, выгоды и цели в сравнении с другими известными в данной области структурами и способами могут быть лучше поняты при ознакомлении с приведенным ниже подробным описанием.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обладает множеством преимуществ в сравнении с традиционными способами. Среди таких преимуществ можно отметить следующие: повышенная скорость, с которой добавка может быть введена в буровой раствор; меньшее пространство, требующееся для хранения и транспортировки; пониженное выделение или полное отсутствие пыли. Отличительные особенности настоящего изобретения заключаются в том, что плотная добавка мгновенно начинает гидрироваться при контакте с буровым раствором. При быстром гидрировании плотная добавка быстро диспергируется так, что равномерно распределяется в буровом растворе, когда буровой раствор закачивают в скважину. Предпочтительный вариант исполнения включает распределение плотной добавки в буровом растворе с использованием традиционного бункера, известного в данной отрасли промышленности для смешивания неплотных или традиционных добавок. Типичный бункер имеет диаметр выпускного отверстия, составляющий около 101,6-152/4 мм (4-6 дюймов). Таблетки имеют такой размер, чтобы они легко и компактно могли ссыпаться через выпускное отверстие. Как и при использовании неплотных добавок, известных в данной области техники, с помощью бункера создают смешивающий эффект путем контакта плотной добавки с жидкостью. Когда это необходимо, таблетки могут быть добавлены в буровой раствор без использования бункера. В этом случае таблетки гидрируются, как только они входят в контакт с буровым раствором, и мгновенно распадаются на волокна или другие материалы для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, но более продолжительное время занимает процесс смешивания закачиваемого бурового раствора в скважину, чтобы равномерно распределить волокна в жидкости. Хотя распределение происходит неравномерно, когда добавку вводят таким способом, добавка сразу же готова выполнять свою функцию после смешивания с буровым раствором на поверхности и реологические функции жидкости на поверхности согласуются со свойствами вниз по скважине.
Одно из преимуществ использования уплотненной добавки заключается в существенном или полном исключении выделения пыли во время введения добавки в буровой раствор. При использовании традиционных порошков, добавляемых через бункер, пыль выделяется в больших объемах, что создает опасность для окружающей среды и для обслуживающего персонала. В некоторых регионах, например, на Северном море, действуют строгие ограничения по пылевыделению. Применение уплотненных добавок приводит к получению фактически свободной от пыли добавки для контролирования поглощения или утечки бурового раствора.
Традиционный порошок или тонко измельченные добавки, особенно целлюлозные добавки, обладают пределом скорости, с которой они могут быть введены в промывочную жидкость или буровой раствор. Эта скорость добавления связана с углом трения добавки, который ограничивает скорость, с которой добавка может быть выгружена. Тогда как предыдущие попытки увеличения скорости введения были сфокусированы на конструкции бункера, включая использование выпускного отверстия различных размеров и добавление циклонов и других физических вспомогательных средств, настоящее изобретение направлено на уменьшение угла трения добавки для обеспечения более быстрого перемещения материала. Угол трения относится к явлению, когда материал застревает и, таким образом, относится к скорости, с которой он может высыпаться. Путем увеличения плотности добавки уменьшают угол трения, обеспечивая возможность тому же количеству материала быть добавленным в буровой раствор в течение значительно меньшего времени.
Таблетки могут быть изготовлены различных форм и размеров. Предпочтительный размер таблетки зависит от конкретного применения, например, от диаметра выпускного отверстия бункера, от используемых материалов для формирования таблеток и от возможности застревания при конкретных формах и размерах таблеток. Таблетки могут быть изготовлены в виде очень маленьких плотных гранул и плотных чешуек и в виде таблеток диаметром до нескольких дюймов. Предпочтительными являются таблетки диаметром в пределах 3,175-19,05 мм и длиной 3,175-25,4 мм. В соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы любые устройства, пригодные для проталкивания материала через отверстия. Предпочтительный вариант исполнения включает мельницу с ременным приводом для выпуска таблеток, например, коммерчески поставляемую фирмой Koppers (г.Манси, шт. Пенсильвания, США) модель Асе Pellet mill. Традиционная мельница для выпуска таблеток включает шнек, которым продавливают материал в кондиционную камеру. В камеру питания или кондиционную камеру может быть инжектирован пар, если это необходимо. Системой валов продавливают материал через фильеру на конце кондиционной камеры. Производительность частично зависит от размера отверстия в фильере для выпуска таблеток. Сила, генерируемая такой мельницей для выпуска таблеток, обычно достаточна для достижения максимальной или оптимальной сжимаемости измельченного материала. Кроме того, тепло, генерируемое в результате трения, обычно достаточно для высвобождения масел или связующих веществ из этих материалов, содержащих такие компоненты, без дополнительного нагрева. Могут быть также использованы и другие способы прессования измельченного материала. Аналогичным образом настоящим изобретением охватываются способы, при которых процессы перемалывания и прессования могут быть выполнены в одном устройстве.
Материал для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, пригодный для применения согласно настоящему изобретению, включает любой необработанный материал, который выполняет функцию добавки, и/или вещества для контролирования поглощения или утечки бурового раствора. По меньшей мере, один из материалов для контролирования поглощения или утечки бурового раствора должен быть в определенной мере сжимаемым, чтобы таблетка, сформированная из такого материала, была плотнее материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора до прессования. Некоторые органические материалы, пригодные в качестве материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора в соответствии с настоящим изобретением, включают целлюлозные материалы, например, измельченную древесину, кору сосны, выжимки, или пульпу из фруктов и/или овощей, желтую сосну, кочерыжки кукурузных початков, шелуху арахиса, которая также является носителем инсектицидов, кожуру пекана, скорлупу миндаля, листья початков кукурузы, пчелиные крылышки, хлопковые сорные примеси, овсяную шелуху, рисовую шелуху. Другие представители органических материалов включают следующее: шелуху семечек, подсолнечник, лен, льняное семя, какао-бобы, перо, торфяниковый мох, джут, мохер, шерсть, сахарный тростник, жмых, опилки, бамбук, кору пробкового дерева, воздушную кукурузу, тапиоку (муку из маниоки) и зерно сорго. Многие смешанные органические материалы, пригодные в качестве материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, также подходят для настоящего изобретения, включая каррагенановую камедь, гуаровую камедь и другие растворимые смолы.
Органические материалы часто содержат натуральные связующие вещества, например, лигниновые сульфонаты, гидролизную глюкозу, масла или другие связующие вещества, когда материалы для контролирования поглощения или утечки бурового раствора находятся в необработанном состоянии, и эти натуральные вещества действуют как связующие в добавке. Большинство органических материалов, пригодных в качестве добавок для изготовления плотной добавки, подвергают трению во время процесса перемалывания. Этот измельченный материал затем подвергают воздействию давления, посредством которого выдавливает материал с его маслом через маленькие отверстия для образования таблеток. Процесс прессования ведет к выделению тепла, под действием которого, в свою очередь, растапливаются масла и другие легко сжижаемые компоненты материала. Эти масла и другие вещества скрепляют материал так, что он сохраняется в форме таблеток. Когда используют только неорганические вещества или когда присутствует недостаточно масла для скрепления таблеток, масло или другое связующее может быть добавлено в материалы для контролирования ухода или утечки, бурового раствора. Аналогичным образом, в случаях, когда масло, содержащееся в материале, имеет более высокую температуру плавления, может быть сообщено дополнительное тепло.
Таблетка может быть сформирована из одной или нескольких добавок, эффективных в качестве материалов для контролирования поглощения или утечки бурового раствора. Кроме того, этап приложения трения для изготовления тонко измельченного материала может привести к получению материала различных размеров, так что поры пропускающей структуры эффективно затрамбовываются без пагубных последствий. Таким образом, распределение частиц в буровом растворе, получающееся в результате применения таблетки согласно изобретению, не только гарантирует равномерное смешивание добавки, но и равномерное смешивание частиц добавки различных размеров, если желательно иметь смесь гранул различных размеров.
Среди неорганических веществ, пригодных для использования согласно настоящему изобретению, вполне доступны минеральные компоненты, например карбонат кальция, слюда, диатомовая земля, фуллерова земля и другие силикаты, активированный уголь, бокситы, алюмогель, графит, гильсонит и т.п. Такие материалы часто поставляют в волокнистой или порошковой форме. Карбонат можно использовать один или в сочетании с другими желаемыми добавками. Эффект добавления карбоната в органические добавки заключается в улучшении растворимости в кислотной среде. Это также приводит к получению таблеток с повышенной плотностью. Пригодны для использования также пластики.
Наблюдают существенное повышение плотности материалов для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, пригодных для использования согласно настоящему изобретению, при переработке их в плотные добавки. Типичный пример включает целлюлозную добавку с плотностью 0,160 г/см3 (10 фунт/куб. фут). При таблетировании этой добавки со слюдой результирующая плотность составляет около 0,272 г/см' (17 фунт/куб. фут). Существенно большая плотность определена как нетривиальное увеличение плотности в сравнении с плотностью сырья, используемого для получения более плотной добавки. Таким образом, хотя добавление такого компонента, как слюда, ведет к увеличению плотности смеси сырья, прессование в таблетку существенно повышает плотность смеси. Повышение плотности прямо относится к размеру и форме частиц, которые прессуют, и к природе материала. Таким образом, например, повышение плотности с 0,160 до 0,176 г/см3 (с 10 до 11 фунт/куб. фут) конкретного материала может стать существенным повышением плотности, обеспечивающим более быстрый поток материала из бункера с пониженным выделением пыли. Предпочтительные материалы, пригодные для использования согласно изобретению, включают такие, которые имеют низкую плотность и обладают хорошей сжимаемостью. Кроме преимуществ, перечисленных выше, относящихся к скорости введения, материалы с такой низкой плотностью могут быть в большой степени спрессованы, в результате чего получится продукт, который требует значительно меньшего пространства для хранения. Например, кукурузные кочерыжки могут быть спрессованы в таблетки приблизительно с двойной плотностью в сравнении с кукурузными кочерыжками в измельченном состоянии.
Из сказанного выше следует, что настоящее изобретение может быть легко приспособлено к использованию всех видов отходов и объектов, упомянутых выше, и что оно обладает и другими очевидными преимуществами, которые присущи способу и структуре.
Следует иметь в виду, что некоторые отличительные особенности и подсочетания обладают полезностью и могут быть использованы без ссылок на другие отличительные особенности и подсочетания. Это предусмотрено и находится в пределах объема настоящей формулы изобретения.
Так как может быть выполнено много возможных вариантов исполнения согласно изобретению без отступления от его объема, следует иметь в виду, что все соображения, выдвинутые здесь или показанные на прилагаемых чертежах, следует интерпретировать как имеющие иллюстративный, но не ограничивающий смысл. Например, плотная добавка может также содержать инсектициды, биоциды или другие биологически действующие вещества, предназначенные для снижения восприимчивости к различным видам разложения или для отпугивания вредителей. Хотя одним из преимуществ настоящего изобретения является использование побочных сельскохозяйственных продуктов в качестве материалов для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, благодаря чему можно снизить до минимума количество тех объектов, которые, в противном случае, становились бы просто отходами, некоторые сельскохозяйственные продукты и другие материалы для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, пригодные для использования согласно настоящему изобретению, поставляются в измельченном виде. Способ приготовления плотной добавки из таких накоплений материалов для контролирования поглощения или утечки бурового раствора включает получение измельченного материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора. Получение материала в измельченной форме в противоположность измельчению материала также предусмотрено настоящим изобретением.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ГРАФИТОВОЕ ПОКРЫТИЕ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2006 |
|
RU2393197C2 |
ХИМИЧЕСКИ МЕЧЕНЫЕ ДОБАВКИ ДЛЯ БУРОВОГО РАСТВОРА | 2017 |
|
RU2739783C1 |
ПОЛИВИТАМИННЫЕ И МИНЕРАЛЬНЫЕ ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ | 2005 |
|
RU2375079C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ | 1991 |
|
RU2061386C1 |
ЙОДСОДЕРЖАЩАЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ ДОБАВКА К ПИЩЕ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ | 2009 |
|
RU2405385C2 |
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ ДОБАВКА К ПИЩЕ ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ ОСЛАБЛЕНИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ | 2001 |
|
RU2182011C1 |
ЗАСТЫВАЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ ПРИРОДНЫЙ ПУЦЦОЛАН, И СВЯЗАННЫЕ С ЭТИМ СПОСОБЫ | 2010 |
|
RU2507379C2 |
ПРИМЕНЕНИЕ КАРБОНИЗОВАННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО УГЛЯ В КАЧЕСТВЕ НОСИТЕЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СРЕДСТВ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ ДОБАВКА К ПИЩЕ | 2004 |
|
RU2277353C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПОЛНИТЕЛЯ БУРОВОГО РАСТВОРА | 2005 |
|
RU2312120C2 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАБЛЕТОК ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛЕГИРОВАНИЯ | 2016 |
|
RU2630898C1 |
В настоящем изобретении описан способ приготовления и состав усовершенствованных добавок для использования материала для контролирования поглощения и/или утечки бурового раствора во время операций бурения. Добавку формируют так, чтобы ее можно было ввести в буровой раствор с намного более высокой скоростью, чем порошковые или измельченные добавки из сходных компонентов. Плотную добавку получают из материала для контролирования поглощения и/или утечки бурового раствора для использования в операциях бурения. Этапы изготовления этой плотной добавки включают следующее: измельчение материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора для получения частиц малых размеров и приложение давления к материалу для контролирования поглощения или утечки бурового раствора для уплотнения и продавливания через отверстия с получением таблетированной плотной добавки. Нагревание измельченного материала для контролирования поглощения или утечки бурового раствора, при котором могут высвобождаться масла или другие связующие компоненты, является обычно побочным фактором процесса продавливания измельченного продукта через отверстия. Техническим результатом является снижение выделения пыли, повышение скорости смешения добавки при ее введении в раствор. 2 н. и 15 з.п. ф-лы.
US 4428844 A, 31.01.1984 | |||
RU 2051944 C1, 10.01.1996 | |||
БУРОВОЙ РАСТВОР | 1991 |
|
RU2012584C1 |
Способ приготовления реагента для обработки глинистых буровых растворов | 1982 |
|
SU1068457A1 |
Реагент для обработки глинистых буровых растворов | 1989 |
|
SU1661187A1 |
US 5147852 A, 15.09.1992 | |||
US 4217965 A, 19.08.1980. |
Авторы
Даты
2004-12-10—Публикация
2000-06-29—Подача