Утяжелитель для обработки буровых растворов Российский патент 2021 года по МПК C09K8/03 

Изобретение относится к технологии бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для приготовления утяжелителей буровых растворов, в том числе сверхтяжелых, предназначенных для бурения в условиях аномально высоких пластовых давлений, а также при проявлении сероводорода.

Изобретение относится к двум направлениям:

1. Приоритетное направление развития науки и технологий как «Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов»;

2. Направление бурения нефтяных и газовых скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений, а также при проявлении сероводорода;

Известен утяжелитель для обработки буровых растворов (SU № 1213060, МПК C09K007/04, опубликовано 23.02.1986). Утяжелитель содержит искусственную смесь баритового и магнетитового концентратов.

Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются компоненты: баритовый и магнетитовый концентраты.

Недостатками аналога являются: применение магнетитового концентрата природного происхождения с достаточно высокой абразивностью, а для снижения абразивности применяется флотационный барит, снижающий утяжеляющую способность, объясняемую наличием высокого содержания водорастворимых солей кальция, а также сложность регулирования плотности бурового раствора из-за несоответствия расчетных и фактических данных.

За прототип принят утяжелитель для обработки буровых растворов (RU № 2251565, МПК C09K007/04, опубликовано 10.05.2005). Утяжелитель содержит искусственную смесь флотационного баритового и магнетитового концентратов, а также дополнительно содержит триполифосфат натрия.

Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются компоненты: баритовый и магнетитовый концентраты.

Недостатками прототипа являются: применение магнетита природного происхождения с достаточно высокой абразивностью, для снижения которой применяется барит, получаемый флотационным методом, что, в свою очередь, требует дополнительно применять триполифосфат натрия для уменьшения содержания водорастворимых солей кальция.

Задача заявляемого изобретения заключается в создании утяжелителя для буровых растворов на основе железосодержащего концентрата, получаемого магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО тепловых электростанций, обладающего пониженной абразивностью и пониженной магнитной восприимчивостью.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении абразивности и пониженной магнитной восприимчивости получаемого утяжелителя.

Технический результат достигается тем, что утяжелитель для обработки буровых растворов, включающий барит, согласно изобретению, содержит барит, получаемый гравитационными методами, и дополнительно - железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными

методами из золошлаковых отходов ЗШО, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный железосодержащий концентрат 40–60

указанный барит 40–60.

Технический результат достигается использованием железосодержащего концентрата, получаемого магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО и барита, получаемого гравитационными методами.

Отличием заявляемой смеси от прототипа является, то, что в качестве барита, сохраняющего вязкость раствора, используют барит, получаемый гравитационными методами, а взамен магнетита природного происхождения используют железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, в заявляемом соотношении компонентов, что доказывает новизну заявляемой смеси.

Железосодержащий концентрат, содержит следующие соединения: FeO·Fe2O3(≈60%), SiO2 (≈23%), Al2O3 (≈9%) и CaO (≈2,1%). Гравитационный барит содержит: BaSO4 (≈88%), водорастворимые соли (≈0,35%), что сохраняет вязкость раствора и повышает утяжеляющую способность за счет низкого содержания водорастворимых солей кальция.

Таким образом, известные ингредиенты (железосодержащий концентрат из ЗШО и гравитационный барит) в заявляемой смеси в новой совокупности признаков обеспечивают снижение абразивности и снижение магнитной восприимчивости, что свидетельствует о новом, неизвестном из уровня техники механизме влияния признаков на достигаемый технический результат, что в свою очередь свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Смесь получают следующим образом. Железосодержащий концентрат извлекают из ЗШО магнитно-сепарационными методами; баритовый концентрат получают гравитационными методами; ингредиенты смешивают до однородной консистенции, затем полученный продукт сушат в муфельной печи при температуре 600-700°С в течение 2 мин в соответствии с заводской технологией сушки утяжелителей.

Соотношение ингредиентов для получения смеси берут в соответствии с заявляемым соотношением компонентов, мас.%:

железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО 40–60;

баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами 40–60.

Изобретение поясняется примерами.

Пример 1. Ингредиенты (железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, и баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами) смешивают в следующем соотношении: железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами, соответственно 40 мас.% и 60 мас.% до однородной консистенции, затем измеряют магнитную восприимчивость. После оценивают абразивные свойства утяжелителя. Абразивность измеряется методом стального кольца по скорости изнашивания металлических колец из стали 45 в среде водной суспензии утяжелителя с концентрацией 30%. Уменьшение веса кольца за 1 час характеризует абразивный износ стали в данной среде. Показатели полученного утяжелителя приведены в табл.1, опыт 9.

Пример 2. Ингредиенты (железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, и баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами) смешивают в следующем соотношении: железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами, соответственно 50 мас.% и 50 мас. % до однородной консистенции. Магнитная восприимчивость и абразивность измеряются аналогично примеру 1. Показатели полученного утяжелителя приведены в табл.1, опыт 8.

Пример 3. Ингредиенты (железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО и баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами) смешивают в следующем соотношении: железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами, соответственно 60 мас.% и 40 мас.% до однородной консистенции. Магнитная восприимчивость и абразивность измеряются аналогично примеру 1. Показатели полученного утяжелителя приведены в табл.1, опыт 7.

В таблице 1 приведены показатели технических характеристик при различных соотношениях компонентов в смеси.

Таблица №1. Технические характеристики утяжелителя

№
опыта Состав утяжелителя Магнитная восприимчивость, б*10^-5ед.СИ Абразивность,
P*10^-3, г. Плотность утяжелителя, с, кг/дм³ 1 Магнетит природный 880000 18 4,98 2 Магнетит природный 60%, барит флотационный 40% 244300 10 4,71 3 Магнетит природный 50%, барит флотационный 50% 215500 9,95 4,65 4 Магнетит природный 40%, барит флотационный 60% 199600 9,9 4,57 5 Барит флотационный -1,8 9 4,31 6 Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО 220000 4 4,5 7 Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными

методами из золошлаковых отходов ЗШО 60%, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами 40% 47000 5,5 4,38 8 Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, 50% , баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами 50% 39900 6 4,35 9 Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, 40% , баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами 60% 35200 6,5 4,32 10 Баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами - 1,8 8 4,2

Результаты испытаний приведены в табл.1, из которой видно, что абразивность и магнитная восприимчивость утяжелителей (Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами) в соотношении указанных компонентов 40-60 % мас. (опыт 7, 8, 9) ниже, чем у заменяемых смесей.

Снижение абразивности железосодержащего концентрата, получаемого магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, объясняется образованием закругленной формы углов и более гладкой поверхностью частиц, формируемых в процессе оплавления железосодержащих частиц при сжигании угольной пыли в котле тепловой электростанции.

Снижение магнитной восприимчивости железосодержащего концентрата, получаемого магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, объясняется реакцией окисления Fe₃O4 под воздействием температур 450-600^oC, вследствие чего магнетит переходит в б-Fe2O3, так называемый гематит, который является слабым ферромагнетиком с достаточно низкой магнитной восприимчивостью.

Изобретение относится к технологии бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для приготовления утяжелителей буровых растворов, в том числе сверхтяжелых, предназначенных для бурения в условиях аномально высоких пластовых давлений, а также при проявлении сероводорода. Технический результат - снижение абразивности и пониженная магнитная восприимчивость получаемого утяжелителя. Утяжелитель для обработки буровых растворов содержит барит, получаемый гравитационными методами, и железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный железосодержащий концентрат 40–60; указанный барит 40–60. 1 табл., 3 пр.

Утяжелитель для обработки буровых растворов, включающий барит, отличающийся тем, что содержит барит, получаемый гравитационными методами, и дополнительно железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный железосодержащий концентрат 40–60 указанный барит 40–60