Пеногаситель для буровых растворов Советский патент 1984 года по МПК C09K7/06 

х

ел Изобретение относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности и Может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин, в частности при обработке буровых растворов , Известен пеногаситель для бурово го раствора, содержащий дизельное топливо или керосин, а в качестве мелкодисперсного наполнителя SiO аэросил, белую сажу или их смесь. Наличие в буровом растворе аэросила или белой сажи способствует тому , что их частицы хорошо адсорбируют Лаже самые мелкие глобулы воздуха, а большая удельная поверхность мелкодисперсных частиц обеспечивает, их низкий расход(. энергичную флотацию, а следовательно, и пеногшпение flj . Однако поверхность мелкодисперсйых частиц не обладает гидрофобнгз1ми Свойствами и гидрофобизуется лишь частично при суспензировании в угле водородной фазе. Как следствие, эффективность такого пеногасителя низка и зависит от многих внешних факторов (температуры, давления, харак тера обработки бурового раствора и др.) . Известен также пеногаситель для бурового раствора, включающий соляровое масло с добавкой органоаэроси ла (метилаэросила), содержащего на поверхности химически связанные полимерные кремнийорганические радика лы вида Известный пеногаситель обладает достаточно эффективным пеногасящим действием в диапазоне температур ( (+100)°С. Гидрофобность метилаэросила (органоаэросила) обеспечивается наличием на его поверхности кремнийорганических радикалов и частично соляровым маслом 2j . Однако кремнийорганические радикалы не образуют на поверхности метилаэросила сплошной гидрофобной и инертной -пленки и поэтому при повыиге нии температуры выше , солевой агрессии и изменениях рН бурового раствора происходит медленное окисление органического покрова, что при водит к пенообразованига,. Наиболее близким к изоЬретению яв ляется пеногаситель для буровых раст воров, содержащий углеводородную фазу и мелкодисперсный гидрофобизованнь й наполнит,ель, Лредставляющий собо один из высокодисперсных окислов, выбранный из группы Si 0-2 f гАЕгОз ob OiiC привитыми на поверхности кремнийорганическими радикалами вида R CrIj; Эти гидрофобные высокодисперсные окислы представляют собой непористые порошки с размером частиц 400 4000 нм, сферическая поверхность которых покрыта сплошной гидрофобной и инертной пленкой з . Однако в наиболее сложных геологических условиях большие глубины 5-10 км, неустойчивые породы, аномальные пластовые давления 50-150 МПа высокие пластовые температуры 250550 С и др.) происходит разрушение Хидрофобного покрова, что приводит к пенообразованию. Целью изобретения является повышение пеногасящего эффекта при температурах до 550с. Поставленная цель достигается тем, что пеногаситель для буровых растворов, содержащий гидрофобизованный мелкодисперсный наполнитель и углеводородную фазу, в качестве гидрофобизованного мелкодисперсного наполнителя пеногаситель содержит базаль- товое волокно или стеклянное волокно, или каолиновое волокно, или асбестовое волокно с привитыми на поверхности кремнийорганическими радикалами формулы. где п,3-1б; R.,H;Р. СН ; С, Ну, при следующем соотношении компонентов/ мас,%: Волокнистые материалы8 - 13 Углеводородная фаза87 - 92 Гидрофобный волокнистый наполнитель получают обработкой поверхности исходного волокна (базальтового, каолинового, стеклянного-, асбестового) кремнийорганическими соединениями либо в парах при непосредственном контакте реагирующих продуктов , либо в жидкой фазе в среде инертного растворителя (четыреххлористого углерода, бензола, толуола.

гексана и др. . Продолжительность процесса 1-4 ч .

Пример. 250 г неорганического базальтового волокна и 27 мл диметилдихлорсилана в присутствии поглотителя НС1 (или КОН, или NaOH) вьщерживают в гег етически закрытом объеме при комнатной температуре и перемешивании в течение 60 мин с последующей десорбцией непрореагировавшего силана рН 5,7 - 6,3. Гидрофобность 100%.

П р и м е р 2. 250 г алюмосиликатноге каолинового) волокна (2Si02x 2ii2O-A. и 29 мл диметилдихлорсилана в присутствии поглотителя НС1 молекулярных сит 3-4 А) выдерживают в герметически закрытом объеме при перемешивании в течение 60 мин с последующей десорбцией непрореагировавшего силана. рН 5,6 - 6,2. Гидрофобность 100%,

П р и м е р 3. 250 г асбестового волокна (2SiO22H2 0 2MgO) и 45 мл триметилхлорсилана в присутствии поглотителя НС1 (молекулярных сит 3-4 А) вьщерживают в герметически закрытом объеме при комнатной температуре и перемешивании в течение 60 мин с последующей десорбцией, силана ,рН 5,7 6,2. Гидрофобность 95%.

П р и м е р 4. 250 г неорганического стеклянного волокна и 25 мл ГКЖ-94 выдерживают в герметически закрытом объеме при комнатной температуре и перемешивании в течение 60 мин.рН 6,5 - 6,9. .Гидрофобность 100%.

Полученные гидрофобные неорганические волокна (базальтовые, каолиновые, асбестовые, стеклянные) обладают следующими физико-химическими свойствами; Гидрофобность 100%f рН суспензии не менее 5,6; влажность не более 2,5%; удельная поверхность 3-10 размер частиц 0,6 30 мкм.

Кремнийорганические радикалы образуют на поверхности волокон прочную гидрофобную пленку, полученную в результате взаимодействия активных групп

Н-0где ;:Я; п 3-1б; С Н ; С гидроксильными группами, находящимися на поверхности-окислов. Полимерная инертная пленка многослойна - атомы кислорода прочно связаны

с поверхностью окислов, входящих в состав волокнистых материалов, за ними атомы кремния, а далее углеводородные радикалы. Именно этот полимерный слой покрывает поверхность

волокнистых материалов и отталкивает молекулы воды и других веществ и выдерживает пск епады температур от -SO-c до +550с, не боится солевой агрессии, высоких давлений 50 0 150 МПа и обладает пеногасящими свойствами.

Предлагаемый гидрофобный волокнистый наполнитель отличается от известных гидрофобных высокодисперсных

5 окислов с привитыми кремнийорганическими радикалами более высоким пеногасящим эффектом при температурах больше (.см.табл. 1).

., Буровой раствор, содержащий в качестве наполнителя гидрофобные волокнистые материалы, длительно сохраняет свои свойства, при нагре. вании до 300 - З50с и кратковременно при 550 С. Стендовые испытания,

проведенные в условиях, характерных для призабойной зоны скважины, показали, что буровой раствор является работоспособным под действием высоких давлений (50-150)МПа и высоких

0 температур (500-550 С).

Дифференциальный весовой анализ показывает, что в области относительной стабильности, фиксируемой на термограммах, не наблюдается потери

5 веса для покрытий, содержащих группу С,Ы, лежит в области 300-450с, что очевидно, связано со ступенчатым характером деструкции этильного радикала. Для поверхностных пленок, содер0 жащих группу СН, наибольшая потеря веса происходит соответственно при 450-550С.

Введение в углеводородную фазу гидрофобного волокнистого наполнитес ля позволяет сократить содержание углеводородной фазы. Сравнительная характеристика свойств известного и предлагаемого наполнителей приведена в табл. 2. На единицу веса гид-. рофоб11ого волокнистого наполнителя требуется от 80 до 130 вес.ч. углеводородной фазы. Учитывая, что суммарный расход пеногасителя при этом не превышает 0,5% (500 л на 100 м минерализованного или пресного бурово5 го раствора), можно утверждать о целесообразности использования его в отдаленных и труднодоступных районах страны. Хорошая совместимость гидрофобного волокнистого наполнителя с

0 широкой фракцией жидких углеводородов говорит об универсальности полученного пеногасителя.

Пеногаситель для буровых растворов готовят в виде 8-.13%-ной суспен5 ЗИН гидрофобного волокниотого напоЛ нителя, (базальтоеого, каолинового, стеклянного, асбестового) в углеводородной фазе. В табл. 3 приводятся свойства буровых растворов, содержащих различные количества предлагаемого пеногасителя, применяемого в виде с пензии в керосине или дизтопливе, или нефти, или соляровом масле. Как видно из табл. 3, различное содержание гидрофобного волокнистог наполнителя от 8 до 13% влияет в ос новном на вязкость буровых растворов. Приготовленный пеногаситель используют для обработки как минерали зованных, так и пресных глинистых буровых растворов, стабилизированны 5%-ным КССБ. Исходная плотность гли нистого раствора до ввода КССБ сос тавляет Jf 1,17 - 1,23 г/см; а пос ле обработки КССБ ,15 - 1,21 г/с При испытаниях пеногасителя оптимал ная концентрация волокнистого напол нителя вуглеводородной фазе состав ляет 8-13% или 12-13 кг наполнителя на 100 м бурового раствора. Пример. Пресный буровой раствор из чисовярской глины плотностью 1,17 г/см обрабатывают суль фит-спиртовой бардой (ОСБ) в количестве 3%. Образовавшаяся в раствор пена П риводит к снижению плотности раствора до 0,96 г/см( с). Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполните ля (базальтового волокна с размером волокон 0,6-3 мкм в виде 8%-ной суспензии его в керосине в количест ве 0,5%. Гидрофобность базальтового волокна 100%. После дегазации раствор имеет параметры (1,15 г/см; УВ 54 с. Буровой раствор сохраняет свои свойства при нагревании до зоо°с. П р и м е р 2. Пресный буровой раствор из палыгорскитового глииопо рошка, имеющий плотность 1,185, обрабатывают сульфит-спиртовой бардой (ССБ) 3%. Образовавшаяся в растворе пена приводит к снижению плотности раствора до 0,97 г/см( с) . Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполнителя в виде 10,5%-ной суспензии его в керосине в количестве 0,5%. Гидрофобность базальтового волокна 100%. После дегазации раствор имел параметры:,р 1,16 с. Буровой раствор сохраняет стабильность при нагревании до . П р и м е р 3. Буровой раствор со скважины № 66 Чижевской площади, отобранный при бурении .интервала 2180 - 2185; м, слепцующие параметры р 1,23. г/см.; -УВр97 с; СНАи/1о 18/28 мг/см1 После обработки раствора КССБ , (3%1 параметры составляют р 1,07 г/м; с; СНС „д 45/54 мг/см2; в . 6CMV30 мин. Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполнителя в виде 13%-ной суспензии его в керосине в количестве 0,5%. Гидрофобность базальтового волокна 100%. После дегазации раствор имеет параметры: /J 1,21 с; СНС 25/30 мг/см ; В 7см /30 мин. Буровой раствор сохраняет свои свойства при нагревании до ЗООС, П р и м е р 4. Минерализованный глинистый раствор из бентонитового глинопорошка, имеющий 1,18 г/см, обрабатывают конденсированной 5%-ной сульфит-спиртовой бардой (КССБ. Образовавшаяся в растворе пена приводит к снижению плотности до 1,04 г/см с). Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполнителя в виде 8%-ной суспензии его в керосине в количестве 0,5%. Гидрофобность волокнистого Наполнителя 100%. После дегазации раствор имеет пap5UvIeтpы: ,15 УБ 67 с. Раствор сохраняет стабильность при нагревании до . П р и м е р 5. Минерализованный глинистый раствор из бентонитового глинопорошка, имеющий плотность р 1,20 Г/СМ, обрабатывают 5%-ной КССБ. Образовавшаяся в растворе пена приводит к снижению плотности до 1,04 г/см ( с. Пеногашение проводят введением гидрофобного волокнистого наполнителя в виде 10,5%-ной суспензии его в керосине. Гидрофобность базалл тового волокна 100%. После дегазации раствор имеет параметры: /),8 с. Раствор сохраняет стабильность при нагревании до 300 С. П р и м е р 6. Минерализованный глинистый раствор из бентонитового глинопорошка имеющий плотность ,23 г/см, обрабатывают 5%-ной КССБ. Образовавшаяся в растворе пена снижает его плотность до 1,06 г/см ( с) . Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполнителя в виде 13%-ной суспензии его в керосине в количестве 0,5%. Гидрофобность базальтового волокна 100%. После дегазации раствор имеет параметры:|) 1,21 г/см; с. Раствор сохраняет стабильность при нагревании До . Как видно из приведенных примеров, введение в буровой раствор пеногасителя, включающего углеводородную Фазу и йолокнистый наполнитель с кремнийорганическими радикалами на поверхности, позволяет повысить плотность вспененного раствора, а следовательно, и погасить пену. Термостойкость таких буровых растворов может превышать температуру , что позволяет использовать их при бурении сверхглубоких высокотемпературных скважин глубиной 10-15 км.

Предлагаемый пеногаситель может применяться как для пресных, так и для минерализованных буровых растворов с условной вязкостью 35-100 с.

Таблица 1

ПЕНОГАСИТЕЛЬ ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содержащий гидрофобизованяый мелкодисперсный наполнитель и углеводородную фазу, отличающийся тем, что, с целЬю повышения пеногасящего эффекта при тем- . пературах до , в качестве гидрофобизованного мелкодисперсного наполнителя пеногаситель содержит базальтовое волокно или стеклянное волокно, или каолиновое волокно, или асбестовое волокно с привитыми на поверхности кремнийорганическими радикалами формулы Н-0иы п. (Л где п 3-1б; R Н ; ,; , при следующем соотношении компонентов i мас.%: Волокнистый наполнитель8-13 Углеводородная фаза 37 - 92

Известный з Высокодисперсные окислы, солесодержащие : на поверхности кремнийорга1,06 0,97 нические радикалы вида 0,97 0,960,960,96 Предлагаемый Гидрофобный волокнистый наполнитель, содержащий на поверхности кремнийоргани1,12 1,11 ческие радикалы вида 1,10 1,101,030,98

ть,

частиц,

0,004 - 0,04 2,2

нефа на 2,8-8,0

100

3,0 - 10,0

50 - 425

0,6 - 5,0 2,5 - 2,7

2,0 - 110,0

100 1,0 - 1,5