ДОБАВКА ДЛЯ РАСТВОРА, БУРОВОЙ РАСТВОР И ЦЕМЕНТНЫЙ РАСТВОР Российский патент 2019 года по МПК C09K8/35 C09K8/24 C09K8/467 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001]

Настоящее изобретение предлагает добавку для раствора, буровой раствор и цементный раствор, а также способ изготовления бурового раствора и способ изготовления цементного раствора.

Уровень техники

[0002]

В скважинах и аналогичных сооружениях для добычи полезных ископаемых, такие как нефть и природные газы, традиционно используется цементный раствор для гражданского проектирования и строительства, типичные примеры которого представляют собой буровой раствор и буровой цементный раствор.

[0003]

Буровой раствор выполняет, например, следующие функции: перенос обломков от бурения, выбуренных отходов и т. д.; улучшение смазочных свойств буровых коронок и буровых труб; заполнение отверстий в пористых пластах; уравновешивание пластового давления, источником которого является гидростатическое давление (давление горного пласта); и т. д. Как правило, буровой раствор содержит воду и бентонит в качестве основных компонентов, к которым дополнительно добавляются бариты, соли, глины и т. д., и в результате этого могут быть достигнуты заданные эксплуатационные характеристики. Такой буровой раствор должен иметь соответствующие параметры потока, в том числе он должен иметь термическую устойчивость, на которую не воздействует в значительной степени изменение концентраций электролитов (например, соли карбоновых кислот) в грунте, и т. д. Для выполнения таких требований может потребоваться регулирование вязкости бурового раствора и ингибирование рассеяния влаги, которая содержится в буровом растворе (далее это может также называться термином ʺдегидратацияʺ). Для регулирования вязкости бурового раствора и для ингибирования дегидратации обычно используется способ, который включает добавление полимера, например, такого как крахмал, простой эфир крахмала (карбоксиметилкрахмал и т. д.), карбоксиметилцеллюлоза, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза и т. д.

[0004]

Однако добавление таких полимеров может чрезмерно повышать вязкость бурового раствора, и в результате этого введение бурового раствора посредством насоса может оказаться затруднительным. Кроме того, могут существовать недостатки, заключающиеся в том, что дегидратация крахмалов и их производных может ингибироваться в недостаточной степени в условиях температуры, превышающей приблизительно 120°C, и дегидратация может ингибироваться в недостаточной степени под действием карбоксиметилцеллюлозы и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы в пределах температурного интервала от 140°C до 150°C.

[0005]

С другой стороны, буровой цементный раствор используется, например, для фиксации обсадной трубы в скважине и защиты внутренней стенки скважины посредством цементирования, которое включает введение бурового цементного раствора в трубчатые пустоты между пластом и обсадной трубой, установленной в скважине, и последующее отверждение раствора внутри скважины. Как правило, введение бурового цементного раствора в трубчатые пустоты осуществляется посредством использования насоса. Таким образом, требуется буровой цементный раствор, который имеет предельно низкую вязкость и не подвергается сегрегации, и благодаря этому его введение может легко осуществляться с использованием насоса.

[0006]

Однако при цементировании скважины становится вероятным возникновение дефектов в цементированной части, причинами которых являются сегрегация материала; рассеяние влаги в трещинах скважины и т. д. Соответственно, должны использоваться уменьшающие дегидратацию вещества, такие как скорлупа грецких орехов, семена хлопка, глинистые минералы, полимерные соединения и т. д., которые добавляются в буровой цементный раствор, и в частности, полимеры винилового спирта представляют собой полимерные соединения, которые являются хорошо известными в качестве уменьшающих дегидратацию веществ.

[0007]

Что касается полимера винилового спирта в качестве уменьшающего дегидратацию вещества, например, патентный документ 1 описывает способ, согласно которому используется полимер винилового спирта, имеющий степень омыления, составляющую, по меньшей мере, 95 мол.%; патентный документ 2 описывает способ, согласно которому используется полимер винилового спирта, имеющий степень омыления, составляющую 92 мол.% или менее; и патентный документ 3 описывает способ, согласно которому используется полимер винилового спирта, имеющий степень омыления, составляющую, по меньшей мере, 99 мол.%. Однако согласно этим способам, эксплуатационные характеристики уменьшающего дегидратацию вещества при высоких температурах, в частности, могут оказываться недостаточными, или введение бурового цементного раствора посредством насоса может становиться затруднительным вследствие повышения вязкости.

[0008]

Чтобы ограничивать повышение вязкости бурового цементного раствора и/или улучшать ухудшающиеся эксплуатационные характеристики уменьшающего дегидратацию вещества при высоких температурах, патентный документ 4 описывает способ, согласно которому используется полимер винилового спирта, сшитый меламиноформальдегидом; патентный документ 5 описывает способ, согласно которому используется полимер винилового спирта, изготавливаемый посредством сшивания гидроксильных групп полимера винилового спирта в результате реакции ацетализации и т. д.; и патентный документ 6 описывает способ, согласно которому используется полимер винилового спирта, изготавливаемый посредством чувствительного к уровню pH сшивания с использованием ионов бора и т. д. Хотя согласно этим способам достигается заданный эффект улучшения эксплуатационных характеристик уменьшающего дегидратацию вещества при высоких температурах, оказывается необходимым осуществление реакции со сшивающим реагентом после того, как заблаговременно изготавливается растворимый в воде полимер винилового спирта, и, таким образом, становится вероятным повышение расходов.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

[0009]

Патентный документ 1: патент США № 4569395

Патентный документ 2: патент США № 4967839

Патентный документ 3: патент США № 7731793

Патентный документ 4: патент США № 5061387

Патентный документ 5: патент США № 6656266

Патентный документ 6: патент США № 6739806

Непатентные документы

[0010]

Непатентный документ 1: Материалы конференции Общества инженеров-нефтяников США, статья № 121542

Сущность изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

[0011]

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить добавку для раствора, которая способна ингибировать в цементном растворе, таком как цементный раствор для гражданского проектирования и строительства (например, буровой раствор и буровой цементный раствор для использования в бурении скважин и т. д.), дегидратацию цементного раствора и повышение вязкости цементного раствора при высоких температурах с меньшими затратами. Кроме того, еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить буровой раствор и буровой цементный раствор, содержащие добавка для раствора, а также способ изготовления бурового раствора и способ изготовления бурового цементного раствора.

Средства решения проблем

[0012]

Авторы настоящего изобретения провели всесторонние исследования в целях решения задач, которые описываются выше, и в результате этого обнаружили, что когда используется полимер винилового спирта, который характеризуют растворимость, составляющая 25% или менее при выдерживании в горячей воде при температуре 60°C в течение 3 часов; степень омыления, составляющая, по меньшей мере, 99,5 мол.%; средняя степень полимеризации, составляющая, по меньшей мере, 1500 и 4500 или менее; и содержание 1,2-гликольных связей, составляющее 1,8 мол.% или менее, и порошкообразная форма, обеспечивающая способность прохождения через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 1,00 мм, может быть легко получен цементный раствор, для которого ингибируются повышение вязкости и дегидратация при высоких температурах. Таким образом, в результате дополнительных исследований на основании данных обнаруженных фактов, было выполнено настоящее изобретение.

[0013]

Более конкретно, согласно аспекту настоящего изобретения, предлагается порошкообразная добавка для раствора, порошкообразная добавка, содержащая полимер винилового спирта, причем данный полимер винилового спирта характеризуют: растворимость, составляющая 25% или менее при выдерживании в горячей воде при температуре 60°C в течение 3 часов; степень омыления, составляющая, по меньшей мере, 99,5 мол.%; средняя степень полимеризации, составляющая, по меньшей мере, 1500 и 4500 или менее; и содержание 1,2-гликольных связей, составляющее 1,8 мол.% или менее, и данная порошкообразная добавка способна проходить через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 1,00 мм.

[0014]

Содержание этиленовых звеньев по отношению к суммарному числу структурных звеньев в полимере винилового спирта предпочтительно составляет менее чем 10 мол.%.

[0015]

Добавка для раствора может предпочтительно использоваться в качестве добавки для раствора, применяемого в гражданском проектировании и строительстве. Добавка для раствора, которая используется в гражданском проектировании и строительстве, может предпочтительнее использоваться как добавка для бурового раствора (добавка для бурового цементного раствора) или добавка для раствора.

[0016]

Когда добавка для раствора представляет собой добавку для бурового раствора, эта добавка предпочтительно способна проходить через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 500 мкм.

[0017]

Когда добавка для раствора представляет собой добавку для раствора, полимер винилового спирта предпочтительно способен проходить через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 250 мкм.

[0018]

Согласно следующим аспектам настоящего изобретения, предлагаются буровой раствор, содержащий добавку для раствора в качестве добавки для бурового раствора; и способ изготовления бурового раствора, включающий стадию смешивания добавки для бурового раствора, воды и глинизирующего материала.

[0019]

Согласно следующим аспектам настоящего изобретения, предлагаются цементный раствор, содержащий добавку для раствора в качестве добавки для раствора; и способ изготовления цементного раствора, включающий стадию смешивания добавки для раствора, отверждающего порошка и жидкости.

[0020]

Как указано выше, ʺноминальный размер отверстий сеткиʺ означает номинальный размер отверстий сетки, который определяет японский промышленный стандарт JIS-Z8801: 2000 ʺАналитические сита - часть 1: аналитические сита из металлической проволочной сеткиʺ. Такое же условие распространяется на описываемый далее ʺноминальный размер отверстий сеткиʺ.

Эффекты изобретения

[0021]

Согласно аспектам настоящего изобретения, предлагаются добавка для раствора, буровой раствор и буровой цементный раствор, для которых могут ингибироваться повышение вязкости и дегидратация при высоких температурах с меньшими затратами в строительных растворах, таких как цементные растворы для гражданского проектирования и строительства (например, буровые растворы и буровые цементные растворы для использования в бурении скважин и т. д.).

Описание вариантов осуществления

[0022]

Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, предлагаются добавка для раствора, буровой раствор и способ его изготовления, а также цементный раствор и способ его изготовления. Далее будут подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения.

[0023]

Добавка для раствора

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, добавка для раствора должна добавляться в цементный раствор для гражданского проектирования и строительства и т. д., и соответствующим образом добавляется в буровой раствор и цементный раствор. Разумеется, добавка для раствора может использоваться не только в буровой раствор и цементный раствор, но также в строительные растворы для других заданных приложений, в которых требуется ингибирование повышения вязкости и дегидратации при высоких температурах.

[0024]

Добавка для раствора содержит полимер винилового спирта (далее может также называться термином ʺPVAʺ) и имеет порошкообразную форму, в которой она способна проходить через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 1,00 мм. PVA содержится в добавке для раствора в порошкообразной форме (далее такой порошкообразный PVA может также называться термином ʺпорошок PVAʺ). Добавка для раствора может содержать только порошок PVA, или она может содержать один или несколько необязательных компонентов, которые дополняют порошок PVA. Нижнее предельное процентное содержание порошка PVA в добавке для раствора составляет, например, 50 мас.%, и предпочтительно 80 мас.%. С другой стороны, верхнее предельное процентное содержание порошка PVA в добавке для раствора составляет, как правило, 100 мас.%.

[0025]

Размер частиц

Порошок PVA имеет размер частиц, который обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 1,00 мм (16 меш). Когда такой порошок PVA содержится в качестве добавки в буровом растворе, буровом цементном растворе и т. д., упрощается ингибирование дегидратации цементного раствора при высоких температурах. С другой стороны, нижнее предельное значение размера частиц порошка PVA находится в пределах интервала, который приводит к чрезвычайно высокой растворимости, и размер частиц, как правило, не обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 45 мкм (325 меш), и размер частиц предпочтительно не обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 53 мкм (280 меш).

[0026]

Растворимость

Нижний предел растворимости порошка PVA при выдерживании в горячей воде при температуре 60°C в течение 3 часов составляет предпочтительно 5%, предпочтительнее 10%, и еще предпочтительнее 15%. С другой стороны, верхний предел растворимости составляет 25%, предпочтительно 22%, и предпочтительнее 18%. Когда растворимость порошка PVA составляет более чем 25%, дегидратация цементного раствора при высоких температурах не может ингибироваться в достаточной степени.

[0027]

В данном отношении, растворимость порошка PVA может определяться следующим образом: добавляется 4 г порошка PVA в 100 г воды, нагретой до 60°C; смесь перемешивается в течение 3 часов с помощью магнитной мешалки; и вычисляется разность между массой первоначально загруженного порошка PVA (4 г) и массой нерастворенного порошка PVA, отделенного с использованием проволочного сетчатого сита, имеющего номинальный размер отверстий сетки, составляющий 75 мкм (200 меш), причем эта масса измеряется после высушивания в сушилке посредством нагревания при 105°C в течение 3 часов.

[0028]

Полимер винилового спирта (PVA)

PVA синтезируется посредством омыления полимерного сложного эфира винилового спирта, который получается в результате полимеризации мономерного сложного эфира винилового спирта. Другими словами, PVA, который содержится в добавке для раствора, может легко синтезироваться хорошо известным способом, чтобы иметь заданные характеристики, без преднамеренного осуществляемого сшивания и т. д.; таким образом, может снижаться стоимость производства добавки для раствора.

[0029]

В качестве примеров процедуры полимеризации мономерного сложного эфира винилового спирта, могут быть приведены, в том числе, полимеризация в объеме, полимеризация в растворе, полимеризация в суспензии, полимеризация в эмульсии, полимеризация в дисперсии и т. д., причем, с точки зрения промышленного производства. предпочтительными являются полимеризация в растворе, полимеризация в суспензии, полимеризация в эмульсии. Режим полимеризации мономерного сложного эфира винилового спирта может представлять собой любой режим, такой как периодическая полимеризация, полунепрерывная полимеризация и непрерывная полимеризация.

[0030]

Примерные мономерные сложные эфиры винилового спирта представляют собой винилацетат, винилформиат, винилпропионат, винилкаприлат, винилверсатат (неодеканоат) и т. д., и среди них винилацетат является предпочтительным с точки зрения промышленного производства.

[0031]

PVA может представлять собой продукт омыления полимерного сложного эфира винилового спирта, который получается в реакции сополимеризации этилена. Посредством сополимеризации сложного эфира винилового спирта с этиленом растворимость PVA после омыления может уменьшаться. Соответственно, повышение вязкости цементного раствора и дегидратация при высоких температурах могут ингибироваться в большей степени.

[0032]

PVA может также представлять собой продукт омыления полимерного сложного эфира винилового спирта, который получается в реакции сополимеризации другого мономера, не представляющего собой мономерный сложный эфир винилового спирта, и этилена, в пределах интервала, не нарушающего принципы настоящего изобретения. Примеры других мономеров представляют собой α-олефины, такие как пропилен, н-бутен и изобутилен; акриловая кислота и соответствующие соли; сложные эфиры акриловой кислоты, такие как метилакрилат, этилакрилат, н-пропилакрилат, изопропилакрилат, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, трет-бутилакрилат, 2-этилгексилакрилат, додецилакрилат и октадецилакрилат; метакриловая кислота и соответствующие соли; сложные эфиры метакриловой кислоты, такие как метилметакрилат, этилметакрилат, н-пропилметакрилат, изопропилметакрилат, н-бутилметакрилат, изобутилметакрилат, трет-бутилметакрилат, 2-этилгексилметакрилат, додецилметакрилат и октадецилметакрилат; акриламид; производные акриламида, такие как N-метилакриламид, N-этилакриламид, N,N-диметилакриламид, диацетонакриламид, акриламидопропансульфоновая кислота и соответствующие соли, акриламидопропилдиметиламин и соответствующие соли или соответвующие четвертичные соли, а также N-метилолакриламид и соответствующие производные; метакриламид; производные метакриламида, такие как N-метилметакриламид, N-этилметакриламид, метакриламидопропансульфоновая кислота и соответствующие соли, метакриламидопропилдиметиламин и соответствующие соли или соответвующие четвертичные соли, а также N-метилолметакриламид и соответствующие производные; простые эфиры винилового спирта, такие как метилвиниловый эфир, этилвиниловый эфир, н-пропилвиниловый эфир, изопропилвиниловый эфир, н-бутилвиниловый эфир, изобутилвиниловый эфир, трет-бутилвиниловый эфир, додецилвиниловый эфир и стеарилвиниловый эфир; нитрилы, такие как акрилонитрил и метакрилонитрил; винилгалогениды, такие как винилхлорид и винилфторид; винилиденгалогениды, такие как винилиденхлорид и винилиденфторид; аллильные соединения, такие как аллилацетат и аллилхлорид; ненасыщенные дикарбоновые кислоты, такие как малеиновая кислота, итаконовая кислота и фумаровая кислота, а также соответствующие соли или соответствующие сложные эфиры; винилсилильные соединения, такие как винилтриметоксисилан; изопропенилацетат; и т. д.

[0033]

В процессе полимеризации мономерного сложного эфира винилового спирта агент передачи цепи может присутствовать для цели регулирования средней степени полимеризации PVA, и т. д. Примерные агенты передачи цепи представляют собой альдегиды, такие как ацетальдегид, пропрональдегид, бутиральдегид и бензальдегид; кетоны, такие как ацетон, метилэтилкетон, гексанон и циклогексанон; меркаптаны, такие как 2-гидроксиэтантиол; тиокарбоновые кислоты, такие как тиоуксусная кислота; галогенированные углеводороды, такие как трихлорэтилен и перхлорэтилен; и т. д. Среди них предпочтительными являются альдегиды и кетоны. Добавляемое количество агента передачи цепи может быть предварительно определено в зависимости от константы передачи цепи добавляемого агента передачи цепи, средней степени полимеризации, которая должна быть достигнута для PVA, и т. д.

[0034]

В качестве реакции омыления полимерного сложного эфира винилового спирта может осуществляться хорошо известная реакция алкоголиза или гидролиза, в которой используется основной катализатор, такой как гидроксид натрия, гидроксид калия или метоксид натрия, или кислый катализатор, такой как п-толуолсульфоновая кислота.

[0035]

Примерные растворители, которые могут использоваться в реакции омыления, представляют собой спирты, такие как метанол и этанол; сложные эфиры, такие как метилацетат и этилацетат; кетоны, такие как ацетон и метилэтилкетон; ароматические углеводороды, такие как бензол и толуол; и т. д. Могут использоваться индивидуальные растворители одного типа или сочетания растворителей двух или более типов. Среди данных вариантов вследствие удобства оказывается предпочтительным осуществление реакции омыления посредством использования в качестве растворителя метанола или смешанного раствора, содержащего метанол и метилацетат, в присутствии гидроксида натрия в качестве основного катализатора.

[0036]

Степень омыления

Нижняя предельная степень омыления PVA составляет 99,5 мол.%, предпочтительно 99,7 мол.%, предпочтительнее 99,8% и особенно предпочтительно 99,9 мол.%. PVA представляет собой кристаллический полимер, имеющий кристаллический фрагмент, который образуется в результате водородных связей гидроксильных групп. Степень кристалличности PVA увеличивается, когда увеличивается степень омыления. Кроме того, увеличение степени кристалличности приводит к уменьшению растворимости PVA в воде. В частности, PVA проявляет значительное изменение растворимости в воде при высоких температурах при пограничном уровне степени омыления, составляющем 99,5 мол.%. Таким образом, PVA, имеющий степень омыления, составляющую, по меньшей мере, 99,5 мол.%, имеет превосходную устойчивость к воде (имеет низкую растворимость) вследствие прочности водородной связи, и он может иметь устойчивость к воде, которая является сопоставимой с устойчивость к воде PVA, имеющего химическое сшивание. Таким образом, когда PVA имеет степень омыления, составляющую, по меньшей мере, 99,5 мол.%, даже если PVA не подвергается химическому сшиванию, могут ингибироваться повышение вязкости и дегидратация при высоких температурах цементного раствора, и следовательно, могут снижаться расходы, поскольку может быть исключена стадия химического сшивания. С другой стороны, когда степень омыления составляет менее чем нижний предел, дегидратация при высокой температуре не может в достаточной степени ингибироваться в случае использования в качестве добавки для раствора. Следует отметить, что степень омыления PVA представляет собой значение, которое определяется согласно японскому промышленному стандарту JIS-K6726:1994.

[0037]

Средняя степень полимеризации

Нижний предел средней степени полимеризации PVA составляет 1500, предпочтительно 1700, предпочтительнее 1800 и еще предпочтительнее 2000. С другой стороны, верхний предел средней степени полимеризации составляет 4500, предпочтительно 4250, предпочтительнее 4000 и еще предпочтительнее 3800. Когда средняя степень полимеризации PVA составляет менее чем нижний предел, дегидратация цементного раствора при высоких температурах не может в достаточной степени ингибироваться, что может происходить в результате увеличения растворимости в некоторой степени. При этом, когда средняя степень полимеризации составляет более чем верхний предел, становится затруднительный получение PVA, и может чрезмерно увеличиваться вязкость цементного раствора при высоких температурах.

[0038]

Как указывается в настоящем документе, средняя степень полимеризации PVA представляет собой значение, которое определяется согласно японскому промышленному стандарту JIS-K6726:1994. Более конкретно, средняя степень полимеризации PVA может определяться на основании предельной вязкости [η] (дл/г), которая измеряется в воде при 30°C согласно следующей формуле:

Средняя степень полимеризации=([η] × 1000/8,29)^(1/0,62).

[0039]

Содержание 1,2-гликольных связей

Нижнее предельное содержание 1,2-гликольных связей в PVA составляет 0,5 мол.% и предпочтительнее 1,0 мол.%. С другой стороны, верхнее предельное содержание 1,2-гликольных связей в PVA составляет 1,8 мол.%, предпочтительно 1,7 мол.% и предпочтительнее 1,6 мол.%. Таким образом, когда содержание 1,2-гликольных связей в PVA составляет 1,8 мол.% или менее, 1,2-гликольная связь с трудом ингибирует кристаллизацию PVA, и в результате этого степень кристалличности PVA, вероятно, увеличивается, и, следовательно, растворимость PVA должна уменьшаться. Такой PVA, имеющий сравнительно меньшее содержание 1,2-гликольных связей, предпочтительно получается в результате полимеризации мономерного сложного эфира винилового спирта в условиях меньшей температуры, чем в обычных условиях.

[0040]

Как указывается в настоящем документе, содержание 1,2-гликольных связей в PVA может определяться по пикам в спектре ЯМР. После омыления до степени омыления, составляющей, по меньшей мере, 99,9 мол.%, PVA в достаточной степени промывается метанолом, а затем высушивается при пониженном давлении и температуре 90°C в течение 2 суток и растворяется в DMSO-D6, в который добавляются несколько капель трифторуксусной кислоты. Таким образом, получается образец, который подвергается измерению спектра ЯМР ¹H при 80°C с использованием спектрометра GX-500 от компании JEOL Ltd., имеющего рабочую частоту МГц. Пики, которым соответствует метиновый протон винилового спирта, наблюдаются в интервале от 3,2 м. д. до 4,0 м. д. (интегральное значение: A'), в то время как пик, которому соответствует один метиновый протон 1,2-гликольных связей, наблюдается при 3,25 м. д. (интегральное значение: B'), и, таким образом, содержание 1,2-гликольных связей может быть вычислено согласно следующей формуле:

Содержание 1,2-гликольных связей (мол.%)=B'(100 - Δ)/A'

в которой ʺΔʺ означает величину этиленовой модификации (мол.%).

[0041]

Содержание 1,2-гликольных связей в полимере винилового спирта может регулироваться посредством сополимеризации с мономером, таким как, например, этиленкарбонат, а также путем изменения температуры полимеризации и т. д.

[0042]

Содержание этиленовых звеньев

Содержание этиленовых звеньев в PVA, которое определяется по отношению к суммарному числу структурных звеньев в PVA, составляет предпочтительно менее чем 10 мол.%, предпочтительнее менее чем 9 мол.% и особенно предпочтительно менее чем 8 мол.%. Когда содержание этиленовых звеньев составляет 10 мол.% или более, может становиться затруднительным получение PVA, имеющего среднюю степень полимеризации, составляющую, по меньшей мере, 1500.

[0043]

Как указывается в настоящем документе, содержание этиленовых звеньев в PVA представляет собой значение, определяемое по спектру ЯМР ¹H полимерного сложного эфира винилового спирта, который является предшественником PVA. Более конкретно, после того, как полимерный сложный эфир винилового спирта как предшественник становится в достаточной степени очищенным посредством, по меньшей мере, трехкратного переосаждения в смеси н-гексана и ацетона, полимерный сложный эфир винилового спирта для анализа изготавливается посредством высушивания при пониженном давлении и температуре 80°C в течение 3 суток. Этот полимерный сложный эфир винилового спирта растворяется в DMSO-D6, и его спектр ЯМР ¹H измеряется при 80°C с использованием спектрометра GX-500 от компании JEOL Ltd., имеющего рабочую частоту МГц. Содержание этиленовых звеньев вычисляется с использованием пиков, которым соответствуют метиновый протон главной цепи сложного эфира винилового спирта (от 4,7 м. д. до 5,2 м. д.), и пиков, которым соответствуют метиленовые протоны этиленовых групп в главной цепи сложного эфира винилового спирта и третьего компонента (от 0,8 м. д. до 1,6 м. д.).

[0044]

Буровой раствор и способ его изготовления

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, буровой раствор выполняет, например, следующие функции: перенос обломков от бурения, выбуренных отходов и т. д.; улучшение смазочных свойств буровых коронок и буровых труб; заполнение отверстий в пористых пластах; уравновешивание пластового давления, источником которого является гидростатическое давление (давление горного пласта); и т. д. Этот буровой раствор содержит воду и глинизирующий материал в качестве основных компонентов и дополнительно содержит вышеупомянутую добавку для раствора в качестве добавки для бурового цементного раствора. Буровой раствор может также содержать один или несколько необязательных компонентов в таких пределах, что они не приводят к ухудшению эффектов настоящего изобретения.

[0045]

Такой буровой раствор может быть изготовлен посредством смешивания добавки для раствора, глинизирующего материала и воды. В частности, буровой раствор может быть изготовлен посредством введения добавки для раствора, а также, если это необходимо, одного или нескольких необязательных компонентов, в основу, которую составляет жидкая водно-глинистая суспензия, изготовленная посредством диспергирования и суспендирования глинизирующего материала в воде.

[0046]

Добавка для бурового цементного раствора

Добавка для раствора в качестве добавки для бурового цементного раствора содержит порошок PVA описанный выше. Размер частиц добавки для раствора в качестве добавки для бурового цементного раствора предпочтительно представляет собой размер, который обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 500 мкм (32 меш). Поскольку PVA и порошок PVA являются такими, как описано выше, соответствующие описания не приводятся в данном параграфе.

[0047]

Однако оказывается необходимым, чтобы порошок PVA, содержащийся в буровом растворе, имел размер частиц, который обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 1,00 мм (16 меш), причем более предпочтительным является размер, который обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 500 мкм (32 меш). Таким образом, когда порошок PVA, содержащийся в буровом растворе, имеет размер частиц, который обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 500 мкм (32 меш), может в большей степени ингибироваться дегидратация бурового раствора при высоких температурах. Следует отметить, что нижний предельный размер частиц порошка PVA не ограничивается определенным образом, при том условии, что размер частиц находится в пределах такого интервала, что он не приводит к чрезвычайно высокой растворимости, и, как правило, данный размер не должен обеспечивать прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 45 мкм (325 меш), и предпочтительно данный размер не должен обеспечивать прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 53 мкм (280 меш).

[0048]

Нижнее предельное содержание порошка PVA в буровом растворе составляет предпочтительно 0,5 кг/м³ и предпочтительнее 3 кг/м³. С другой стороны, верхнее предельное содержание порошка PVA в буровом растворе составляет предпочтительно 40 кг/м³ и предпочтительнее 30 кг/м³.

[0049]

Глинизирующий материал

Примерные глинизирующие материалы представляют собой бентонит, аттапульгит, серицит, гидрат магниевой соли кремниевой кислоты и т. д., и среди них является предпочтительным бентонит.

[0050]

Нижнее предельное содержание глинизирующего материала в составе бурового раствора составляет предпочтительно 5 г и предпочтительнее 10 г по отношению к 1 кг воды, используемой в буровом растворе. С другой стороны, верхнее предельное содержание глинизирующего материала в составе бурового раствора составляет предпочтительно 300 г и предпочтительнее 200 г по отношению к 1 кг воды, используемой в буровом растворе.

[0051]

Необязательные компоненты

В качестве необязательных компонентов могут использоваться хорошо известные добавки, и, например, могут присутствовать водный раствор, содержащий сополимер α-олефина, имеющего от 2 до 12 атомов углерода, с малеиновым ангидридом, или соответствующим производным (таким как, например, амид малеиновой кислоты, имид малеиновой кислоты), соответствующий продукт нейтрализации щелочью, и т. д.; диспергирующее вещество, регулирующее кислотность вещество, пеноподавляющий реагент, загуститель, и т. д. Примерные сополимеры α-олефина, имеющего 2 до 12 атомов углерода, с малеиновым ангидридом или соответствующим производным представляют собой сополимеры α-олефина, такого как этилен, пропилен, бутен-1, изобутен или диизобутилен, с малеиновым ангидридом или соответствующими производными (например, ISOBAM от компании Kuraray Co., Ltd.) Кроме того, примерные диспергирующие вещества представляют собой диспергирующее вещество на основе гуминовой кислоты, диспергирующее вещество на основе лигнина и т. д., и среди них оказывается предпочтительным диспергирующее вещество на основе лигнина, содержащее соль сульфоновой кислоты.

[0052]

Цементный раствор и способ его изготовления

Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения, цементный раствор предназначается для использования, например, в целях фиксации обсадной трубы в скважине и защиты внутренней стенки скважины посредством цементирования, которое включает введение бурового цементного раствора в трубчатые пустоты между пластом и обсадной трубой, установленной в скважине, и последующее отверждение раствора внутри скважины. Цементный раствор содержит добавку для раствора в качестве добавки для цементного раствора, а также отверждающий порошок и жидкость. Цементный раствор может содержать одну или несколько необязательных компонентов в таких пределах, что их содержание не приводит к ухудшению эффектов настоящего изобретения.

[0053]

Цементный раствор изготавливается посредством введения добавки для раствора, жидкости и отверждающего порошка, а также, если это необходимо, один или несколько необязательных компонентов, и смешивания с использование смесителя и т. д.

[0054]

Добавка для цементного раствора

Добавка для раствора в качестве добавки для цементного раствора содержит порошок PVA, который описывается выше. Размер частиц добавки для раствора в качестве добавки для цементного раствора предпочтительно представляет собой размер, который обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 250 мкм (60 меш). Поскольку PVA и порошок PVA являются такими же, как описано выше, соответствующие описания не приводятся в данном параграфе.

[0055]

Однако оказывается необходимым, чтобы порошок PVA, содержащийся в цементном растворе, имел размер частиц, который обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 1,00 мм (16 меш), причем предпочтительным является размер, который обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 250 мкм (60 меш). Таким образом, когда порошок PVA, содержащийся в цементном растворе, имеет размер частиц, который обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 250 мкм (60 меш), может в большей степени ингибироваться дегидратация цементного раствора при высоких температурах. Следует отметить, что нижний предельный размер частиц порошка PVA не ограничивается определенным образом, при том условии, что размер частиц находится в пределах такого интервала, что это не приводит к чрезвычайно высокой растворимости, и размер частиц, как правило, не обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 45 мкм (325 меш), и предпочтительно размер частиц не обеспечивает прохождение через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 53 мкм (280 меш).

[0056]

Нижнее предельное содержание порошка PVA в цементном растворе составляет предпочтительно 0,1% по отношению к массе цемента и предпочтительнее 0,2% по отношению к массе цемента. С другой стороны, верхнее предельное содержание порошка PVA в цементном растворе составляет предпочтительно 2,0% по отношению к массе цемента и предпочтительнее 1,0% по отношению к массе цемента. Следует отметить, что выражение ʺсодержание по отношению к массе цементаʺ означает, что содержание определяется путем деления на массу цемента.

[0057]

Отверждающий порошок

Примеры отверждающего порошка представляют собой портландцемент, смешанный цемент, экологически безопасный цемент, специальный цемент и т. д. Кроме того, в качестве отверждающего порошка предпочтительно присутствует отверждающийся водой цемент, который затвердевает в результате реакции с водой. Следует отметить, что когда цементный раствор используется для бурения, оказываются предпочтительными цемент для геотермальных скважин и цемент для нефтяных скважин.

[0058]

Примеры портландцемента определяются согласно японскому промышленному стандарту JIS-R5210: 2009, и конкретные примеры представляют собой обычный портландцемент, имеющий высокую раннюю прочность портландцемент, имеющий сверхвысокую раннюю прочность портландцемент, имеющий умеренную теплоту гидратации портландцемент, имеющий низкую теплоту гидратации портландцемент, устойчивый к сульфатам портландцемент, имеющий низкое содержание щелочных металлов портландцемент и т. д.

[0059]

Примеры смешанного цемента определяются согласно японским промышленным стандартам JIS-R5211-5213: 2009, и конкретные примеры представляют собой доменный шлаковый цемент, содержащий зольную пыль цемент, силикатный цемент и т. д.

[0060]

Специальный цемент может представлять собой цемент, изготовленный с использованием портландцемента в качестве основы, цемент, изготовленный посредством изменения компонентов и/или распределения по размерам частиц портландцемента, а также посредством введения компонентов, отличающихся от портландцемента.

[0061]

Примеры специального цемента, изготовленного с использованием портландцемента в качестве основы, представляют собой эластичный цемент, имеющий низкую теплоту гидратации цемент, содержащий двухкомпонентную систему, имеющий низкую теплоту гидратации цемент, содержащий трехкомпонентную систему, и т. д.

[0062]

Примеры специального цемента, изготовленного посредством изменения компонентов и/или распределения по размерам частиц портландцемента, представляют собой белый портландцемент, отверждающийся материал цементного типа (геоцемент), содержащий ультратонкие частицы цемент, цемент высокобелитного типа и т. д.

[0063]

Примеры специального цемента, содержащего компоненты, которые отличаются от портландцемента, представляют собой быстрозатвердевающий цемент, алюминатный цемент, фосфатный цемент, воздушный цемент и т. д.

[0064]

Жидкость

Жидкость может выбираться в зависимости от типа отверждающего порошка, и соответствующие примеры представляют собой вода, растворители и их смеси. Как правило, используется вода.

[0065]

Соотношение отверждающего порошка и жидкости в цементном растворе может соответствующим образом определяться в зависимости от плотности заданного цементного раствора, а также прочности затвердевшего продукта и т. д. Например, когда буровой цементный раствор представляет собой цементный раствор для бурения с отверждающимся водой цементом, соотношение (W/C) воды и цемента составляет предпочтительно 25 мас.% и предпочтительнее 30 мас.% с точек зрения плотности заданного цементного раствора, а также прочности затвердевшего продукта и т. д. Верхнее предельное соотношение W/C составляет предпочтительно 100 мас.% и предпочтительнее 80 мас.% с точек зрения плотности заданного цементного раствора, а также прочности затвердевшего продукта и т. д.

[0066]

Необязательные компоненты

В качестве необязательных компонентов цементном растворе могут содержаться диспергирующее вещество, замедлитель и/или пеноподавляющий реагент, а также могут присутствовать одна или несколько добавок, отличающихся от перечисленных выше веществ.

[0067]

Диспергирующее вещество

Примерные диспергирующие вещества представляют собой продукт конденсации нафталинсульфоновой кислоты и формальдегида, продукт конденсации меламинсульфоновой кислоты и формальдегида, анионные высокомолекулярные соединения, такие как полимеры на основе поликарбоновых кислот и т. д., и среди них оказывается предпочтительным продукт конденсации нафталинсульфоновой кислоты и формальдегида. Нижнее предельное содержание диспергирующего вещества в цементном растворе составляет, как правило, 0,05% по отношению к массе цемента и предпочтительно 0,2% по отношению к массе цемента. С другой стороны, верхнее предельное содержание диспергирующего вещества в цементном растворе составляет 2% по отношению к массе цемента и предпочтительно 1% по отношению к массе цемента.

[0068]

Замедлитель

Примерные замедлители представляют собой оксикарбоновые кислоты и соответствующие соли, сахариды, такие как моносахариды и полисахариды, и т. д., и среди них оказываются предпочтительными сахариды. Нижнее предельное содержание замедлителя в цементном растворе составляет, как правило, 0,005% по отношению к массе цемента и предпочтительно 0,02% по отношению к массе цемента. С другой стороны, верхнее предельное содержание замедлителя в цементном растворе составляет 1% по отношению к массе цемента и предпочтительно 0,3% по отношению к массе цемента.

[0069]

Пеноподавляющий реагент

Примерные пеноподавляющие реагенты представляют собой алкиленоксидные аддукты спиртов, алкиленоксидные аддукты жирных кислот, полипропиленгликоль, мыла жирных кислот, кремнийорганические соединения и т. д., и среди них оказываются предпочтительными кремнийорганические соединения. Нижнее предельное содержание пеноподавляющего реагента в цементном растворе составляет, как правило, 0,0001% по отношению к массе цемента и предпочтительно 0,001% по отношению к массе цемента. С другой стороны, верхнее предельное содержание пеноподавляющего реагента в цементном растворе составляет 0,1% по отношению к массе цемента и предпочтительно 0,05% по отношению к массе цемента.

[0070]

Добавки

В зависимости от заданного применения, состава и т. д., цементный раствор может содержать добавки, такие как, например, ускоритель схватывания цемента, снижающая плотность добавка, повышающая плотность добавка, пенообразующее вещество, предотвращающее растрескивание вещество, газообразующее вещество, воздухоудерживающая добавка, придающая эластичность добавка, стабилизатор прочности цемента, тонкодисперсные частицы, такие как порошкообразный диоксид кремния, кварцевая пыль, зольная пыль, известковый порошок и дробленый песок, крупнодисперсные частицы, такие как дробленый камень, полые микросферы и т. д. Кроме того, может использоваться индивидуальные добавки одного типа или сочетания добавок двух или более типов.

Примеры

[0071]

Далее настоящее изобретение будет описано посредством примеров и сравнительных примеров, но настоящее изобретение никаким образом не ограничивается следующими примерами.

[0072]

Подготовительный пример 1: изготовление сухого PVA (PVA-1)

В реакционный резервуар, имеющий объем 250 л и оборудованный мешалкой, трубкой для впуска азота, трубкой для впуска этилена, трубкой для добавления инициатора и трубкой для добавления раствора замедлителя, загружали 127,5 кг винилацетата и 22,5 кг метанола, и температуру смеси повышали до 60°C. После этого азот барботировали в течение 30 минут, чтобы вытеснить воздух и заполнить азотом внутреннее пространство системы. Затем этилен вводили таким образом, что давление в реакционном резервуаре составляло 4,9 кг/см². Что касается инициатора реакции, раствор инициатора изготавливали посредством растворения 2,2'-азобис-4-метокси-2,4-диметилвалеронитрила (AMV) в метаноле при концентрации 2,8 г/л, и газообразный азот барботировали в данный раствор инициатора реакции, чтобы вытеснить воздух и заполнить азотом внутреннее пространство системы, и полученный раствор использовали в качестве раствор инициатора. Данный раствор инициатора в объеме 45 мл вводили в реакционный резервуар, температура в котором поддерживалась на уровне 60°C, и в результате этого инициировалась полимеризация. В течение полимеризации вводили этилен, чтобы поддерживать давление в реакционном резервуаре на уровне 4,9 кг/см2, в то время как температура полимеризации поддерживалась на уровне 60°C, и раствор инициатора непрерывно добавляли в реакционный резервуар при скорости 143 мл/час, чтобы осуществлялась полимеризация. Через 4 часа, когда степень превращения (величина полимеризации) составляла 40%, реакционный резервуар охлаждали, чтобы остановить полимеризацию. После этого реакционный резервуар открывали, чтобы выпустить этилен, и газообразный азот барботировали таким образом, чтобы полностью вытеснить этилен. После этого непрореагироваший мономерный винилацетат удаляли при пониженном давлении, чтобы получить раствор поливинилацетата в метаноле. Для этой цели в раствор поливинилацетат добавляли метанол, чтобы установить концентрацию поливинилацетата на уровне 25 мас.%. После этого в 400 г раствор поливинилацетата в метаноле (масса поливинилацетата в растворе составляла 100 г) добавляли 23,3 г раствора щелочи (раствор 10 мас.% NaOH в метаноле; молярное соотношение NaOH и винилацетатных звеньев в поливинилацетате составляло 0,1), чтобы осуществлялось омыление. Приблизительно через одну минуту после добавления раствора щелочи желатинизированное вещество измельчали с помощью дробилки, и смесь выдерживали при 40°C в течение одного часа, и в результате этого могло осуществляться омыление. После этого в смесь добавляли 1000 г метилацетата, смесь выдерживали при комнатной температуре в течение 30 минут. В белое твердое вещество (PVA), получаемое в результате фильтрации, добавляли 1000 г метанола, и смесь выдерживали в течение 3 часов при комнатной температуре, чтобы обеспечить промывание. Затем PVA, получаемый посредством отделения жидкости в процессе центрифугирования, выдерживали в сушилке при 100°C в течение 3 часов, и получался сухой PVA (PVA-1).

[0073]

Исследование PVA

Сухой PVA (PVA-1) исследовали, чтобы определить степень омыления, среднюю степень полимеризации, содержание 1,2-гликольных связей и содержание этиленовых звеньев, причем в каждом случае осуществлялась следующая процедура.

[0074]

Степень омыления

Степень омыления сухого PVA (PVA-1) составляла 99,5 мол.% при определению согласно японскому промышленному стандарту JIS-K6726:1994.

[0075]

Средняя степень полимеризации

После полимеризации в подготовительном примере 1, используя раствор поливинилацетата в метаноле, полученный посредством удаления непрореагировавшего мономерный винилацетат, омыление осуществляли при молярном соотношении щелочи, составляющем 0,5, а затем продукт измельчали и выдерживали при 60°C в течение 5 часов, чтобы осуществлялся процесс омыления. После этого процедуру экстракции метанол в экстракторе Сокслета (Soxhlet) осуществляли в течение 3 суток, а затем высушивание при пониженном давлении осуществляли при 80°C в течение 3 суток, и получался очищенный PVA. Этот очищенный PVA имел среднюю степень полимеризации, которая определялась согласно японскому промышленному стандарту JIS-K6726:1994 и составляла 1720.

[0076]

Содержание 1,2-гликольных связей

Очищенный таким способом PVA, изготовленный для определения средней степени полимеризации, растворяли в DMSO-D6, и определяли содержание 1,2-гликольных связей, которое составляло 1,6 мол.%, в результате измерении спектра ЯМР ¹H при 80°C с использованием спектрометра GX-500 от компании JEOL Ltd., имеющего рабочую частоту 500 МГц.

[0077]

Содержание этиленовых звеньев

После полимеризации в подготовительном примере 1, раствор поливинилацетата в метаноле, полученный в результате отделения непрореагировавшего мономерного винилацетата, подвергали очистке посредством трехкратного переосаждения в н-гексане и растворения в ацетоне. Затем в результате высушивания при пониженном давлении и температуре 80°C в течение 3 суток получался очищенный поливинилацетат. Этот очищенный поливинилацетат растворяли в DMSO-D6 и определяли содержание этиленовых звеньев (т. е. содержание этилена), которое составляло 5 мол.% в результате измерения при 80°C с использованием спектрометра GX-500 от компании JEOL Ltd., имеющего рабочую частоту МГц..

[0078]

Подготовительные примеры 2-17: изготовление образцов сухого PVA (от PVA-2 до PVA-17)

Таким же образом, как в подготовительном примере 1, изготавливали образцы сухого PVA (от PVA-2 до PVA-17), имеющие характеристики, которые представлены в таблице 1.

[0079]

[Таблица 1]

Характеристики полимерного винилового спирта (PVA) степень омыления (мол.%) средняя степень полимеризации содержание 1,2-гликольных связей (мол.%) содержание этилена (мол.%) Подготовительный пример 1 PVA-1 99,5 1720 1,6 5,0 Подготовительный пример 2 PVA-2 99,9 1720 1,6 5,0 Подготовительный пример 3 PVA-3 99,9 1770 1,3 5,0 Подготовительный пример 4 PVA-4 99,7 1600 1,6 7,0 Подготовительный пример 5 PVA-5 99,5 2450 1,6 3,0 Подготовительный пример 6 PVA-6 99,9 2450 1,6 3,0 Подготовительный пример 7 PVA-7 99,9 2430 1,6 0,0 Подготовительный пример 8 PVA-8 99,9 2520 1,4 0,0 Подготовительный пример 9 PVA-9 99,9 3450 1,6 0,0 Подготовительный пример 10 PVA-10 88,2 2430 1,6 0,0 Подготовительный пример 11 PVA-11 98,5 2430 1,6 0,0 Подготовительный пример 12 PVA-12 98,5 1720 1,6 5,0 Подготовительный пример 13 PVA-13 99,3 2430 1,6 0,0 Подготовительный пример 14 PVA-14 99,3 2470 1,6 3,0 Подготовительный пример 15 PVA-15 99,9 1700 2,0 2,0 Подготовительный пример 16 PVA-16 99,9 1260 1,6 0,0 Подготовительный пример 17 PVA-17 99,9 1260 1,6 5,0

[0080]

Пример 1: изготовление бурового раствора

В чашу смесителя от компании Hamilton Beach помещали навеску 300 г очищенной ионным обменом воды и в нее добавляли 6 г бентонита, поставляемого под наименованием TELGEL E от компании TELNITE Co., Ltd. После того, как смесь перемешивалась в достаточной степени, смесь выдерживали в течение 24 часов, чтобы обеспечить достаточное набухание бентонита. В это время сухой PVA (PVA-1) помещали на сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 1,00 мм (16 меш), и собирали 1,5 г сухого порошка PVA (PVA-1), прошедшего через сито. Этот порошок вводили в качестве добавки для бурового раствора в жидкую дисперсию бентонита, и получался буровой раствор (D-1).

[0081]

Примеры 2-9 и сравнительные примеры 1-8

Буровые растворы от (D-2) до (D-9) и от (d-1) до (d-8) изготавливали таким же способом, как в примере 1,за исключением того, что в каждом случае использовали сухой порошок PVA (образцы от PVA-2 до PVA-17), которые представлены в таблице 2.

[0082]

Пример 10

Буровой раствор (D-10) изготавливали таким же способом, как в примере 6, за исключением того, что сухой PVA (PVA-6) помещали на сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составлял 500 мкм (32 меш), и использовали сухой порошок PVA (PVA-6), прошедший через сито.

[0083]

Пример 11

Буровой раствор (D-11) изготавливали таким же способом, как в примере 7, за исключением того, что сухой PVA (PVA-7) помещали на сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составлял 500 мкм (32 меш), и использовали сухой порошок PVA (PVA-7), прошедший через сито.

[0084]

Сравнительный пример 9

После того, как сухой PVA (PVA-1) смешивали с водой, и смесь тщательно перемешивали, нерастворенный порошок PVA отделяли, используя проволочную сетку, у которой номинальный размер отверстий сетки составлял 75 мкм (200 меш), и получался водный раствор PVA, имеющий концентрацию PVA, составляющую 4 мас.%. Этот раствор PVA в количестве 37,5 г добавляли в жидкую дисперсию бентонита, изготовленную с использованием 264 г очищенной ионным обменом воды и 6 г бентонита таким же способом, как в примере 1, и в результате этого изготавливали буровой раствор (d-9).

[0085]

Сравнительный пример 10

Буровой раствор (d-10) изготавливали таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что сухой PVA (PVA-1) помещали на сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составлял 1,00 мм (16 меш), и использовали сухой порошок PVA (PVA-1), не прошедший через сито

[0086]

Исследования

Буровые растворы от (D-1) до (D-11) и от (d-1) до (d-10) в примерах 1-11 и сравнительных примерах 1-10 в каждом случае исследовали в отношении вязкости и степени дегидратации согласно следующей процедуре. Кроме того, растворимость просеянных порошков сухого PVA (от PVA-1 до PVA-17), используемых для изготовления этих буровых растворов от (D-1) до (D-11) и от (d-1) до (d-10), определяли согласно следующий процедура. Результаты исследований представлены в таблице 2.

[0087]

Растворимость

В лабораторный стакан, имеющий объем 300 мл, в котором уже находилось 100 г воды при 60°C, помещали 4 г сухого порошок PVA, и смесь перемешивали в условиях скорости вращения 280 об/мин и температуры 60°C в течение 3 часов, используя магнитную мешалку длиной 3 см, предотвращая при этом испарение воды. Затем нерастворенный порошок отделяли посредством использования проволочной сетки, у которой номинальный размер отверстий сетки составлял 75 мкм (200 меш). Нерастворенный порошок PVA высушивали в сушилке посредством нагревания при 105°C в течение 3 часов, и после этого измеряли массу. Растворимость сухого порошок PVA определяли по массе нерастворенного порошка PVA и массе сухого порошка PVA, который загружали в лабораторный стакан (4 г). Однако растворимость не была определена в сравнительном примере 9, поскольку PVA-1 добавляли в форме водного раствора.

[0088]

Вязкость

Вязкость бурового раствора измеряли, используя вискозиметр типа B при 25°C и скорости вращения 30 об/мин, и использовали значение, получаемое через 10 секунд. Меньшее значение вязкости бурового раствора представляет собой более благоприятное значение, и результат исследования может рассматриваться как ʺблагоприятныйʺ в случае вязкости, составляющей 18 мПа⋅с или менее, и ʺнеблагоприятныйʺ в случае вязкости, превышающей 18 мПа⋅с.

[0089]

Степень дегидратации

Измерение степени дегидратации бурового раствора осуществляли, используя фильтр-пресс HPHT серии 387, который поставляет компания Fann Instrument, после того, как буровой раствор помещали в измерительную ячейку, в которой температура поддерживалась на уровне 150°C, и выдерживали в течение 3 часов. В процессе измерения давление к ячейке прилагали сверху и снизу, таким образом, что перепад давления составлял 500 фунтов на квадратный дюйм. Меньшее значение степени дегидратации бурового раствора представляет собой более благоприятное значение, и результат исследования может рассматриваться как ʺблагоприятныйʺ в случае 30 мл или менее и ʺнеблагоприятныйʺ в случае превышения 30 мл.

[0090]

[Таблица 2]

Добавка для бурового раствора Буровой раствор тип PVA размер частиц ^* Растворимость тип бурового раствора вязкость (мПа⋅с) степень дегидратации (мл) Пример 1 PVA-1 проходит через отверстия размером 1,00 мм 17,4 D-1 10 23 Пример 2 PVA-2 проходит через отверстия размером 1,00 мм 15,0 D-2 10 15 Пример 3 PVA-3 проходит через отверстия размером 1,00 мм 14,2 D-3 10 10 Пример 4 PVA-4 проходит через отверстия размером 1,00 мм 15,8 D-4 10 14 Пример 5 PVA-5 проходит через отверстия размером 1,00 мм 18,0 D-5 10 20 Пример 6 PVA-6 проходит через отверстия размером 1,00 мм 16,2 D-6 10 12 Пример 7 PVA-7 проходит через отверстия размером 1,00 мм 18,0 D-7 10 25 Пример 8 PVA-8 проходит через отверстия размером 1,00 мм 17,8 D-8 10 22 Пример 9 PVA-9 проходит через отверстия размером 1,00 мм 15,4 D-9 10 15 Пример 10 PVA-6 проходит через отверстия размером 500 мкм 17,3 D-10 12 7 Пример 11 PVA-7 проходит через отверстия размером 500 мкм 20,1 D-11 14 20 Сравнительный пример 1 PVA-10 проходит через отверстия размером 1,00 мм 100 d-1 350 > 100 Сравнительный пример 2 PVA-11 проходит через отверстия размером 1,00 мм 55,0 d-2 21 > 100 Сравнительный пример 3 PVA-12 проходит через отверстия размером 1,00 мм 58,0 d-3 19 > 100 Сравнительный пример 4 PVA-13 проходит через отверстия размером 1,00 мм 34,8 d-4 14 42 Сравнительный пример 5 PVA-14 проходит через отверстия размером 1,00 мм 31,0 d-5 12 38 Сравнительный пример 6 PVA-15 проходит через отверстия размером 1,00 мм 26. 9 d-6 11 32 Сравнительный пример 7 PVA-16 проходит через отверстия размером 1,00 мм 30,2 d-7 11 50 Сравнительный пример 8 PVA-17 проходит через отверстия размером 1,00 мм 29,5 d-8 11 46 Сравнительный пример 9 PVA-1 добавление в форме водного раствора d-9 1200 > 100 Сравнительный пример 10 PVA-1 не проходит через отверстия размером 1,00 мм 16,8 d-10 10 90

^*: Размер представляет собой номинальный размер отверстий сетки, определяемый согласно японскому промышленному стандарту JIS Z8801:2000.

[0091]

Как становится очевидным из результатов, представленных в таблице 2, буровые растворы от (D-1) до (D-11) в примерах 1-11 имели низкую вязкость, и степень дегидратации при 150°C составляла 25 мл или менее. Таким образом, дегидратация при высокой температуре в значительной степени ингибировалась и оставалась на очень низком уровне.

[0092]

С другой стороны, растворимость любого из буровых растворов от (d-1) до (d-5) в сравнительных примерах 1-5 составляла более чем 25%, и, следовательно, степень дегидратации бурового раствора при 150°C превышала 30 мл, что свидетельствовало о невозможности достаточного ингибирования дегидратации при высокой температуре, что может представлять собой результат использования сухого PVA, имеющего степень омыления, составляющую менее чем 99,5 мол.%, в буровых растворах от (d-1) до (d-5).

[0093]

Растворимость бурового раствора (d-6) в сравнительном примере 6 составляла более чем 25%, и, следовательно, степень дегидратации бурового раствора при 150°C составляла 32 мл, что свидетельствовало о невозможности достаточного ингибирования дегидратации при высокой температуре, и это могло возникать в результате использования сухого PVA, имеющего содержание 1,2-гликольных связей, составляющее более чем 1,8 мол.%.

[0094]

Растворимость буровых растворов (d-7) и (d-8) в сравнительных примерах 7 и 8 составляла более чем 25%, а также степень дегидратации бурового раствора при 150°C составляла, по меньшей мере, 35 мл, что свидетельствовало о невозможности достаточного ингибирования дегидратации при высокой температуре, и это могло возникать в результате использование сухого PVA имеющий средняя степень полимеризации, составляющая менее чем 1500.

[0095]

Хотя сухой PVA (PVA-1) использовался в буровом растворе (d-9) в сравнительном примере 9 аналогично примеру 1, вязкость бурового раствора (d-9) была очень высокой, а также степень дегидратации бурового раствора при 150°C составляла более чем 100 мл, что свидетельствовало о весьма недостаточном ингибировании дегидратации при высокой температуре, и это могло возникать в результате добавление сухого PVA (PVA-1) после заблаговременного растворения в воде.

[0096]

Хотя сухой PVA (PVA-1) использовался в буровом растворе (d-10) в сравнительном примере 10 аналогично примеру 1, растворимость при 60°C была несколько ниже; однако степень дегидратации бурового раствора при 150°C составляла 90 мл, что свидетельствовало о весьма недостаточном ингибировании дегидратации при высокой температуре, и это могло возникать в результате большого размера частиц при добавлении в буровой раствор (d-10), который не обеспечивал прохождение через сетку, у которой номинальный размер отверстий сетки составлял 100 мм (16 меш).

[0097]

Согласно результатам, которые описываются выше, когда в изготовлении бурового раствора использовался порошкообразный полимер винилового спирта, который характеризуют растворимость, составляющая 25% или менее при выдерживании в горячей воде при температуре 60°C в течение 3 часов; степень омыления, составляющая, по меньшей мере, 99,5 мол.%; средняя степень полимеризации, составляющая, по меньшей мере, 1500 и 4500 или менее; и содержание 1,2-гликольных связей, составляющее 1,8 мол.% или менее, а также способность проходить через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 100 мм (16 меш), становились возможным снижение вязкости бурового раствора и ингибирование дегидратации при высокой температуре, и это подтверждало, что порошкообразный полимер винилового спирта оказывался весьма полезным в качестве добавки для бурового раствора.

[0098]

Пример 12

Изготовление цементного раствора

Цементный раствор (S-1) изготавливали, загружая в смеситель для сока 4 г сухого порошка PVA (PVA-6) в качестве добавки для раствора, который проходил через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 250 мкм (60 меш), и который получали посредством просеивания сухого PVA (PVA-6), 320 г очищенной ионным обменом воды, 800 г цемента класса H для скважин, 4 г натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфоновой кислоты и формальдегида (Daxad-19 от компании Dipersity Technologies Inc.) и 0,16 г натриевой соли лигносульфоновой кислоты (Keling 32L от компании Lignotech USA, Inc.), а затем гомогенизируя смесь в процессе перемешивания. Следует отметить, что добавленное количество содержание сухого порошка PVA (PVA-6) составляло 0,5 мас.% по отношению к массе цемента.

[0099]

Пример 13

Цементный раствор (S-2) изготавливали таким же способом, как в примере 12, за исключением того, что использовали сухой PVA (PVA-9).

[0100]

Сравнительный пример 11

Цементный раствор (s-1) изготавливали таким же способом, как в примере 12, за исключением того, что использовали сухой PVA (PVA-10).

[0101]

Сравнительный пример 12

Цементный раствор (s-2) изготавливали таким же способом, как в сравнительном примере 11, за исключением того, что добавленное количество содержание сухого порошка PVA (PVA-10) изменялось и составляло 0,8% по отношению к массе цемента.

[0102]

Сравнительный пример 13

Цементный раствор (s-3) изготавливали таким же способом, как в примере 12, за исключением того, что сухой PVA (PVA-13) помещали на сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составлял 180 мкм (80 меш), и использовали сухой порошок PVA (PVA-13), прошедший через сито.

[0103]

Исследования

Цементные растворы (S-1), (S-2) и от (s-1) до (s-3) в примерах 12 и 13, и в сравнительных примерах 11-13 исследовали, определяя в каждом случае характеристики вязкости и степень дегидратации согласно следующей процедуре. Результаты исследований представлены в таблице 3. Кроме того, растворимость сухих порошков PVA (PVA-6), (PVA-9), (PVA-10) и (PVA-13), используемых для изготовления этих цементных растворов (S-1), (S-2) и от (s-1) до (s-3), которые были получены после просеивания, представлены в таблице 3.

[0104]

Вязкость

Значения вязкости цементных растворов были исследованы в отношении вязкопластической характеристики (PV) и динамическое сопротивления сдвигу (YV). Вязкопластическая характеристика (PV) представляет собой значение сопротивления потоку, которое создает механическое трение твердых частиц, содержащихся в цементном растворе. Динамическое сопротивление сдвигу (YV) представляет собой усилие сдвига, которое требуется для продолжения течения, когда текучая среда находится в состоянии потока, и ее сопротивление потоку, которое создает усилие тяги твердых частиц, содержащихся в цементном растворе.

[0105]

Пластическая вязкость (PV) и динамическое сопротивление сдвигу (YV) измеряли согласно способу, описанному в приложении H технических условий Американского института нефти (API10), после установления температуры цементного раствора на уровне 25°C или 90°C. Меньшее значение пластической вязкости (PV) цементного раствора представляет собой более благоприятное значение, и результат исследование может рассматриваться как ʺблагоприятныйʺ в том случае, если данное значение составляет 60 сП или менее, и ʺнеблагоприятныйʺ в том случае, если оно превышает 60 сП в условиях температуры, составляющей 20°C. Кроме того, динамическое сопротивление сдвигу (YV) цементного раствора может рассматриваться как ʺблагоприятноеʺ в том случае, если оно составляет 7 фунтов на 100 квадратных футов или менее, и ʺнеблагоприятноеʺ в том случае, если оно превышает 7 фунтов на 100 квадратных футов в условиях температуры, составляющей 20°C. Следует отметить, что вязкопластическая характеристика (PV) и динамическое сопротивление сдвигу (YV) в каждом случае были вычислены в соответствии со следующими формулами:

вязкопластическая характеристика (PV)=[(значение при 300 об/мин) - (значение при 100 об/мин)] × 1,5;

динамическое сопротивление сдвигу (YV)=[(значение при 300 об/мин) - (вязкопластическая характеристика)].

[0106]

Степень дегидратации

Степень дегидратации цементного раствора измеряли согласно способу, описанному в приложении H технических условий Американского института нефти (API10), определяя величину дегидратации цементного раствора, температура которого выдерживалась на уровне 90°C в течение 30 минут, в условиях перепада давления, составляющего 1000 фунтов на квадратный дюйм. Меньшее значение степени дегидратации цементного раствора представляет собой более благоприятное значение, и результат исследование может рассматриваться как ʺблагоприятныйʺ в том случае, если данное значение составляет 35 мл или менее, и ʺнеблагоприятныйʺ в том случае, если оно превышает 35 мл.

[0107]

[Таблица 3]

Добавка для цементного раствора Цементный раствор тип PVA размер частиц ^*1 растворимость тип цементного раствора количество добавки PVA (мас.%) ^*2 характеристики вязкости динамическое сопротивление сдвигу (фунтов на 100 квадратных футов) степень дегидратации (мл) пластическая вязкость (сП) Пример 12 PVA-6 проходит через отверстия размером 250 мкм 17,8 S-1 0,5 32 (20°C)
48 (90°C) 2 (20°C)
9 (90°C) 25 Пример 13 PVA-9 проходит через отверстия размером 250 мкм 15,8 S-2 0,5 35 (20°C)
54 (90°C) 3 (20°C)
10 (90°C) 32 Сравнительный пример 11 PVA-10 проходит через отверстия размером 250 мкм 100 s-1 0,5 86 (20°C)
36 (90°C) 11 (20°C) 8 (90°C) 313 Сравнительный пример 12 PVA-10 проходит через отверстия размером 250 мкм 100 s-2 0,8 132 (20°C) 58 (90°C) 28 (20°C)
5 (90°C) 36 Сравнительный пример 13 PVA-13 проходит через отверстия размером 180 мкм 35,2 s-3 0,5 35 (20°C)
42 (90°C) 1 (20°C)
10 (90°C) 340

^*1: Размер представляет собой номинальный размер отверстий сетки, определяемый согласно японскому промышленному стандарту JIS Z8801:2000.

^*2: По отношению к массе цемента.

[0108]

Как становится очевидным из результатов, представленных в таблице 3, цементные растворы (S-1) и (S-2) в примерах 12 и 13 имели низкую вязкость, и значения дегидратации при 90°C составляли 25 мл и 32 мл, соответственно, что свидетельствовало об ингибировании дегидратации при высокой температуре.

[0109]

С другой стороны, растворимость цементного раствора (s-1) в сравнительном примере 11 составляла более чем 25%, и, следовательно, степень дегидратации цементного раствора при 90°C составляла 313 мл, что свидетельствовало о невозможности достаточного ингибирования дегидратации при высоких температурах при добавлении в количестве, которое является идентичным изготовлению цементных растворов в примерах 12 и 13, и это могло возникать в результате использование сухого PVA (PVA-10), который подвергался частичному омылению до степени омыления, составляющей 88,2 мол.%.

[0110]

Хотя сухой PVA (PVA-10), частично омыленный идентично цементному раствору в сравнительном примере 11 использовали в цементном растворе (s-2) в сравнительном примере 12, степень дегидратации цементного раствора при 90°C в значительной степени улучшалась и составляла 36 мл, и это могло возникать в результате добавления в большом количестве, составляющем 0,8 мас.% по отношению к массе цемента. Однако пластическая вязкость при 20°C была высокой и составляла 132 сП, что свидетельствовало о результатах, непригодных для практического применения, и это могло возникать вследствие добавления большого количества сухого PVA (PVA-10).

[0111]

Степень дегидратации цементного раствора при 90°C цементного раствора (s-3) в сравнительном примере 13 составляла 340 мл, что может представлять собой результат использования сухого PVA (PVA-13), имеющего степень омыления, составляющую 99,3 мол.%, и это демонстрирует отсутствие достаточного ингибирования дегидратации при высоких температурах.

[0112]

На основании описанных выше результатов, при использовании в изготовлении бурового раствора и цементного раствора, порошкообразный полимер винилового спирта, который характеризуют растворимость, составляющая 25% или менее при выдерживании в горячей воде при температуре 60°C в течение 3 часов; степень омыления, составляющая, по меньшей мере, 99,5 мол.%; средняя степень полимеризации, составляющая, по меньшей мере, 1500 и 4500 или менее; и содержание 1,2-гликольных связей, составляющее 1,8 мол.% или менее, а также способность проходить через сито, имеющее отверстия размером 250 мкм (60 меш), проявлял ингибирование дегидратации и повышения вязкости при высокой температуре, даже если он использовался в меньшем количестве, подтверждая, что порошкообразный полимер винилового спирта оказался весьма полезным в качестве добавки для бурового раствора и цементного раствора.

Промышленная применимость

[0113]

Согласно настоящему изобретению, предлагаются добавка для раствора, буровой раствор и буровой цементный раствор, которые способны ингибировать повышение вязкости и дегидратацию при высоких температурах с меньшими затратами, в целях использования в цементных растворах для гражданского проектирования и строительства (таких как, например, буровой раствор и буровой цементный раствор для использования в бурении скважин и т. д.), и т. д.

Группа изобретений относится к буровым и цементным растворам, используемым в скважинах и аналогичных сооружениях для добычи полезных ископаемых, для гражданского проектирования и строительства. Технический результат - ингибирование повышения вязкости раствора и дегидратации раствора при высоких температурах. Порошкообразная добавка для раствора для ингибирования повышения вязкости раствора и дегидратации раствора при высоких температурах включает полимер винилового спирта, который характеризуют: растворимость, составляющая 25% или менее при выдерживании в горячей воде при температуре 60°C в течение 3 ч; степень омыления, составляющая по меньшей мере 99,5 мол.%; средняя степень полимеризации, составляющая от 1500 до 4500; содержание 1,2-гликольных связей, составляющее 1,8 мол.% или менее. Порошкообразная добавка способна проходить через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 1,00 мм. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Порошкообразная добавка для раствора для ингибирования повышения вязкости раствора и дегидратации раствора при высоких температурах, причем данная порошкообразная добавка включает полимер винилового спирта, причем

полимер винилового спирта характеризуют:

растворимость, составляющая 25% или менее при выдерживании в горячей воде при температуре 60°C в течение 3 ч;

степень омыления, составляющая по меньшей мере 99,5 мол.%;

средняя степень полимеризации, составляющая от 1500 до 4500; и

содержание 1,2-гликольных связей, составляющее 1,8 мол.% или менее, и

причем порошкообразная добавка способна проходить через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 1,00 мм.

2. Добавка для раствора по п. 1, в которой содержание этиленовых звеньев по отношению к суммарному числу структурных звеньев в полимере винилового спирта составляет менее чем 10 мол.%.

3. Добавка для раствора по п. 1 или 2, которая представляет собой добавку для раствора в целях гражданского проектирования и строительства.

4. Добавка для раствора по п. 3, которая представляет собой добавку для бурового раствора.

5. Добавка для раствора по п. 4, которая способна проходить через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 500 мкм.

6. Добавка для раствора по п. 3, которая представляет собой добавку для цементного раствора.

7. Добавка для раствора по п. 6, которая способна проходить через сито, у которого номинальный размер отверстий сетки составляет 250 мкм.

8. Буровой раствор, включающий добавку для раствора по п. 4 или 5.

9. Способ изготовления бурового раствора, включающий смешивание добавки для раствора по п. 4 или 5, воды и глинизирующего материала.

10. Цементный раствор, включающий добавку для раствора по п. 6 или 7.

11. Способ изготовления цементного раствора, включающий смешивание добавки для раствора по п. 6 или 7, жидкости и отверждающегося порошка.