БУРОВОЙ РАСТВОР Российский патент 2007 года по МПК C09K8/10 

Изобретение относится к области бурения скважин и может применяться при бурении бетона и особо прочных пород алмазными коронками.

Известен буровой раствор (патент РФ №2103311 С09К 7/00, 1998.01.27). Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к составам буровых растворов. Для получения высокоингибированного бурового раствора заменяют при основных ингибирующих компонентов (CaCl₂, Са(ОН)₂, NaOH) и пеногаситель в известной рецептуре хлоркальциевого раствора на один компонент комплексную соль. Буровой раствор содержит глину, конденсированную сульфит-спиртовую барду КССБ, карбоксиметилцеллюлозу КМЦ и комплексную соль при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: бентонит 8-20; КССБ-4 5-7; КМЦ-600 1-2; комплексная соль 1,75-3,65; вода - остальное. При замене в известной хлоркальциевой рецептуре раствора трех основных ингибирующих компонентов на комплексную соль сохраняется эквивалентное содержание по CaCl₂ (1-2 мас.%) и поддерживается необходимая концентрация катионов кальция в фильтрате (3000-5000 мг/л), при этом ингибирующие свойства предлагаемого раствора почти в 2 раза превышают аналогичные свойства известной хлоркальциевой рецептуры бурового раствора. Недостатком указанного изобретения является низкое охлаждение бурового инструмента, вызывающее его повышенный износ.

Известен безглинистый буровой раствор, принятый за прототип (патент РФ №2051946, С09К 7/02, 1996.01.10). Состав относится к буровым растворам на водной основе для бурения скважин на нефть и газ. Улучшение технологических свойств и повышение термостойкости раствора достигается тем, что безглинистый буровой раствор содержит, мас.%: органический стабилизатор КМЦ или гипан 0,8-1,8, каустическую соду 0,5-3,5, воду и минеральную добавку - оксид цинка 10-55. Недостатком указанного изобретения является низкое охлаждение бурового инструмента, вызывающее его повышенный износ.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения бурового инструмента и, за счет этого, снижение его износа.

Технический результат достигается тем, что буровой раствор на водной основе, содержащий воду, КМЦ, дополнительно содержит в качестве пеногасителя полимер, в качестве поглотителя тепла - Глауберову соль - мирабилит, в качестве вещества, вызывающего кольматацию, - горчичный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

КМЦ5-7Полимер0,8-1Глауберова соль - мирабилит20-30Горчичный порошок3-5ВодаОстальное

Применение предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет повысить эффективность охлаждения бурового инструмента и, за счет этого, уменьшить его износ.

Буровой раствор приготавливают следующим образом. В воду при постоянном перемешивании добавляют ингредиенты при следующем соотношении компонентов, мас.%: КМЦ 5-7, полимер 0,8-1, Глауберову соль (мирабилит) 20-30, горчичный порошок 3-5.

Далее приготовленный буровой раствор подают по трубам в буримую скважину с помощью циркуляционной системы. Необходимое количество Глауберовой соли (мирабилита) и других компонентов бурового раствора принимают исходя из имеющихся горно-геологических условий бурения. На забой скважины полученный буровой раствор подается по буровым трубам, в процессе бурения выдавливается по зазору между стенкой скважины и бурильными трубами. На поверхности возможно очищение загрязненного бурового раствора и, после чего, его снова через циркуляционную систему подают в буримую скважину.

КМЦ, обладающий свойствами, приведенными в табл.1, используют в качестве стабилизатора смеси, составляющей буровой раствор, причем добавляют в количестве 5-7 мас.% из условия обеспечения необходимой стабильности бурового раствора. При добавлении менее 5 мас.% предлагаемый буровой раствор получится неоднородным. При добавлении более 7 мас.% предлагаемый буровой раствор не будет обладать необходимыми текучими свойствами. КМЦ может быть использован по ТУ 6-55-40-90, ТУ 6-55-221-1311-93, свойства которого приведены в таблице 1.

Таблица 1
Свойства КМЦ (75/400ТУ 6-55-40-90, Торос-2ТУ 6-55-221-1311-93)Свойства вещества75/400ТУ 6-55-40-90Торос-2ТУ 6-55-221-1311-93ТекстураПорошкообразный или волокнистый материал от белого до кремового цветаМассовая доля основного вещества, %, не менее4548Массовая доля воды, %, не более1512Степень полимеризации, не менее400550-720Степень замещения по карбоксиметильным группам, в пределах65-8575-85Массовая доля алюминия в абсолютно сухом техническом продукте, %, в пределах-0,04-0,5Растворимость в водном растворе едкого натра с массовой долей 3, не менее9898Массовая доля минерального или растительного масла, %, не менее-0,3Массовая доля крахмала, %, в пределах-0,3-5,0Гарантийный срок хранения со дня изготовления, годНе ограничен

Полимер добавляют в количестве 0,8-1 мас.% для предотвращения образования пенной составляющей раствора. Верхний предел и нижний пределы выбраны из условия рационального и экономического использования полимера для предотвращения вспенивания предлагаемого бурового раствора. При добавлении полимера менее 0,8 мас.% будет наблюдаться пенная составляющая у предлагаемого бурового раствора. Добавление полимера более 1 мас.% в предлагаемый буровой раствор является нерациональным.

В качестве полимера используют, например, полиэтилен, полиметилсилоксан (ПМС), «Комета-метеор» - акриловый полимер с молекулярной массой 30-80 тысяч.

Горчичный порошок, обладающий свойствами, приведенными в табл.2, используют как вещество, обладающее высокой кольматирующей способностью для заполнения возможных трещин в горных породах, предохраняя тем самым потери бурового раствора в скважине. Рекомендованное количество горчичного порошка в интервале 3-5 мас.% принято из условия обеспечения наиболее эффективной кольматирующей способности предлагаемого бурового раствора. Верхний предел и нижний пределы выбраны из условия рационального и экономичного использования горчичного порошка для достижения необходимой кольматирующей способности предлагаемого бурового раствора. При добавлении горчичного порошка менее 3 мас.% предлагаемый буровой раствор будет обладать недостаточной кольматирующей способностью. При добавлении горчичного порошка более 5 мас.% предлагаемый буровой раствор будет неоднородным. Горчичный порошок может использоваться по ТУ 10 РФ 10-034-96 свойства, которого приведены в таблице 2.

Таблица 2
Свойства горчичного порошка (ТУ 10 РФ 10-034-96)Основные свойстваТУ 10 РФ 10-034-96ЦветЖелтыйТекстураРавномерно измельченныйХимический составМасличность, %12-14Влажность7,0-7,6 maxСодержание золы, не более6,6Аллилизотионат1,1-1,3Микробиологическая чистотаОбщее количество бактерий1×10³СальмонеллаОтсутствуетБГКПОтсутствует

Вода используется как основа предлагаемого раствора. Глауберову соль (мирабилит) используют в буровом растворе в качестве поглотителя тепла, причем добавляют в количестве 20-30 мас.%. Верхний предел добавления Глауберовой соли (мирабилита), равный 30 мас.% принимают из условия растворимости в воде. Нижний предел добавления Глауберовой соли (мирабилита), равный 20 мас.% принят из условия отсутствия повышения эффективности охлаждения по сравнению с прототипом.

Глауберова соль (мирабилит) выбрана, потому что обладает свойствами, позволяющими достигнуть технического результата. Применение не абразивной в растворенном виде Глауберовой соли (мирабилита), обладающей следующими термодинамическими свойствами: удельная теплоемкость - 30,5 кал/моль-град; температура плавления -890°С; удельная теплота плавления - 5,8 ккал/моль; энтропия - 35,73 кал/моль·град, является наиболее целесообразным. За счет того, что Глауберова соль обладает высокой удельной теплоемкостью и хорошей теплопроводностью, она будет интенсивно поглощать выделяющееся при бурении тепло, отводить его от забоя скважины. Это позволит снизить износ бурового инструмента и повысить эффективность охлаждения за счет снижения термических нагрузок на него. Распространенность и большие запасы Глауберовой соли (мирабилита) позволяют судить о возможности ее промышленной добычи и использования в приготовлении бурового раствора.

СоставГлауберова сольКМЦГорчичный порошокПолимерВодаЭффективность охлаждения по сравнению с прототипом1-й состав15320,679,412-й состав20530,8671,141,53-й состав25640,9564,052,54-й состав307515735-й состав35861,249,83,5Прототип1

Использование предлагаемого бурового раствора обеспечивает следующие преимущества:

- повышение эффективности охлаждения бурового инструмента;

- повышение износостойкости бурового инструмента;

- повышение скорости бурения и снижение его себестоимости.

Изобретение относится к области бурения скважин и может применяться при бурении бетона и особо прочных пород алмазными коронками. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения бурового инструмента и за счет этого - снижение его износа. Буровой раствор на водной основе содержит, мас.%: карбоксиметилцеллюлозу КМЦ 5-7, пеногаситель - полимер 0,8-1, поглотитель тепла - Глауберову соль - мирабилит 20-30, вещество, вызывающее кольматацию, - горчичный порошок 3-5, воду - остальное. 3 табл.

Буровой раствор на водной основе, содержащий воду, карбоксиметилцеллюлозу КМЦ, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве пеногасителя полимер, в качестве поглотителя тепла - Глауберову соль - мирабилит, в качестве вещества, вызывающего кольматацию, - горчичный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

КМЦ5-7Полимер0,8-1Глауберова соль - мирабилит20-30Горчичный Порошок3-5ВодаОстальное