Реагент-стабилизатор "фанит" для бурового раствора Советский патент 1984 года по МПК C09K7/02 

со

00

со ел

00

Изобретение относится к технологии бурения скважин, в частности к составам для бурения, и может быть использовано для обработки буровых растворов и повышения прочности пород, слагающих стенки скважин, при их проводке на нефть и газ в неустойчивых породах в условиях действия повышенных температур и солевой агрессии.

В современной практике глубокого бурения нашли широкое распространение реагенты на основе акриловых полимеров, включающих омйляющий аген и воду.

Известны реагенты на основе полиакрилонитрила (гипан), содержащие в качестве омыляющего агента гидроокис натрия l или гидроокись натрия с кабонатом натрия 2j , или гидроокись калия з .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является реагент-стабилизатор 4j, содержащий в качестве исходных компонентов полиакрилонитри (ПАН - отходы получения волокна : Нитрон, гидроокись натрия и воду п при следукяцих соотношениях, мае. %: Отходы ПАН20,0

Едкий натр 4,0

ВодаОстальное

Как показали исследования, при обработке известным реагентом бурового раствора, минерализованного солями хлористого натрия в каличестве 25,0 мас.%, последний имел следующие показатели: условная вязкость (УВ1 38с,водоотдача (В) 2,0 см/ЗО мин статическое напряжение сдвига (сне,1,0) 48/8Г дПа, пластическая прочность образцов бентонита, набухших в фильтрате такого бурового раствора ( 63,510 Па. Эти данные свидетельствуьот о достаточно высокой

стабильности системы.

Однако при наличии в буровом раст воре солей кальция свьш1е 0,25 мас.%, например 0,7 мас.%, наблюдается существенное ухудшение параметров: водоотдача раствора возрастает до 27 мин, вязкость дисперсии уменьшается до 24с, Р образцов при этом несколько увеличивается.

Указанные особенности бапее четко проявляются после гидротермальной обработки: после термостатирования при 150°С водоотдача раствора возрастает до 38 мин. Следовательно буровые растворы, обработанные изве стным реагентом, отличаются низкой устойчивостью к солям многовалентных металлов особенно при высоких температурах и не обладают необходимыми свойствами для укрепления горных пород, слагающих стенки скважин.

Целью изобретения является повышение солеустойчивости и крепящих свойств реагента.

Поставленная цель достигается тем что реагент - стабилизатор для Буровго раствора, содержащий полиакрилонитрил, омыляющий агент и воду, дополнительно содержит этиловый и бутиловый спирты, а в качестве омыляющего агента - этилсиликонат натрия при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Полиакрилонитрил 4,7-8,5 Этилсиликонат

натрия22,0-24,0

Этиловый спирт 3,0-5,0 Бутиловый спирт 0,3-1,0 ВодаОстальное

Отличительной особенностью реагента Фанит является его дифильность, т.е. молекулы полимера содержат противоположные по своей природе радикалы. Первые - это гидратирующиеся полярные группы, представляющие собой карбонильные и кремнекислородные связи, которые обуславливают адсорбцию реагента на поверхности дисперсных частиц. Другие - гидрофобные этильные углеводородные ргщи,капы, образующие на поверхности твердев фазы водоотталкивающий слой. Благодаря такому строению полимера существенно повышается солеустойчиjBocTb системы и ее способность к закреплению горных пород слагающих стенки скважин.

В качестве полиакрилонитрила используют отходы трикотажного производства - обрезки тканевого материала на основе полиакрилонитрильных волокон. Этилсиликонат натрия применяют в виде 24-28%-ного водного раствора гидрофобной крёмнийорганической жидкости ГКЖ-10 МРТУ 6-02-271-63, бутиловый - согласно ГОСТУ) 6006-78, этиловый - согласно ГОСТу 5964-67.

Пример. Реагент получают следующим образом. 5 г предварительно измельченной полиакрилонитрильной ткани с размером волокон 2±1 мм и 92 мм 24%-ного водного раствора ГКЖ-10, содержащего 22 г сухого этилсиликоната натрия, помещают в колбу-реактор с обратным холодильником. Смесь нагревают до и при перемешивании проводят гидролиз в течение 3 ч. По истечении 135 мин (3/4 времени омыления) в колбу дополнительно вводят 3 г этилового и 0,5 г бутилового спиртов.

Полученный реагент Фанит представляет собой однородную светло-коричневую жидкость с удельным весом 1,30 г/см и имеет следующий состав, мае.%:

Полиакрилонитрил4,7

Этилсиликонат натрия22,0

Этиловый спирт3,0

Бутиловый спирт0,3

Вода70,0

Для проведения лабораторных испытаний реагента Фанит, применительно к обработке буровых растворов используют в качестве дисперсной фазы бентонит Черкасского месторождения.

Водные дисперсии бентонитового глинопорошка с удельным весом

1,22 г/см (25%-ной концентрации)готовят путем разбавления бентонитовой пасты расчетным количеством дистиллированной воды и перемешивания на высокооборотной мешалке (ЗООО оборотов в минуту) в течение 3 ч. После первых двух часов диспергирования в систему вводят 25,0. мае.% хлористого натрий и 0,7 мас.% хлористого кальция. Через сутки отстоя и 30 мин перемешивания такая система при имеет неудовлетворительные структурно-реологические показатели и высокую водоотдачу (табл. 1) .

Таблица

Реагент-стабилизатор для бурового раствора, содержащий полиакрнлонитрил, омыляющий агент и воду, отличающийся тем, что, с целью повыиения солеустойчивости и крепящих свойств реагента, он дополнительно содержит этиловый н бутиловый спирты, а в качестве омыляющего агента - этилсиликонат натрия при следующих соотношениях компонен тов, мас.%: Полиакрилонитрил 4,7-8,5 Этилсиликонат натрия22,0-24,0 Этиловый спирт 3,0-6,0 Бутиловый спирт 0,3-1,0 (Л ВодаОстальное

Реагент Фанит вводят в исходный глинистый раствор и перемешивают его в течение не менее 2 ч. Технологи- 50 ческие параметры раствора, обработанного предлагаемым реагентом и известным, приведены в табл. 1. Граничные значения содержания компонентов реагента Фанит выбраны из условий 55 его применения в буровых растворах при повышенных температурах и солевой агрессии (табл. 2). При содержании в реагенте ПАН и этилсиликоната меньше нижнего предела, нaпpи юp 60 ПАН 3,7, а этилсиликоната 21 мас.%, далучаем реагент, малоустойчивый к солям и температурному воздействию.. Повышение добавок ПАН более 8,5 мас.% и этилсиликоната натрия более 65

24 мае. приводит к получению реагента, вызывающего значитель.ные увеличения вязкости и бурового раствора. Пределы концейтрации этилового и бутилового спиртов в составе реагента связаны с необходимостью поддержания в молекуле реагента гидрофильно-гидрофобного баланса дет обеспечения устойчивости его к солям кальция и проявления реагента в новом качестве - стабилизатора горных пород, слагсоощих стенки скважин.

Технологические свойства буровых растворов, обработанных 3,0 мас.% реагента-стабилизатора в присутствии солей NaCl 25 мас.% и CaCKg 0,7 мас.% приведены в табл. 2.

Добавки бутилового спирта в реакционную смесь за четверть времени ДО конца процесса получения реагента Фанит обусловлены необходимостью :сохранения его гидрофильно-гидрофобного балланса при эксплуатации в Условиях повышенных температур.

При бурении глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин (более 2000-2500 м), где температура в забое может достигать 120-200°Сг имеет место частичный деалкогопиз реагента, что приводит к ухудиению его свойств (понижаются его крепящие свойства и солестойкость).вследствие некоторого вывода этанольной составляющей из системы. Для предотвращения указанных нежелательных явлений целесообразно вводит в реакционную смесь бутНповый спирт-бопее высококипящее вещество с большей длиной углеводородного радикала.

При добавках бутилового спирта меньше нижнего предела, например 0,2 мас.%, наблюдается понижение солестойкости реагента В (табл. 2, пример 8).

С увеличением концентрации бутилового спирта в системе более 1,0 мас.% (табл. 2, пример 9) уменьшается активность реагента из-за понижения его сродства к воде

Как видно из приведенных в табл.1 и 2 данных, использование реагента

Фанит для обработки бурового раствора позволяет повысить его солеустойчивость при повышенных температурах , т.е. водоотдача раствора, минерализованного солями капьция в количестве 0,7 мас.% и хлористого натрия в количестве 25,0 мас.% в 3-3,5 раза ниже водоотдачи раствора, стабилизированного известным реагентом.

0

ПредпагаеАФой реагент способствует также более эффективному закреплению стенок скважин по сравнению с известным за счет повышения пластической прочности разбуриваемых пород на 30,0-35,0%. При этом вязкость промы5вочной жидкости изменяется в деттустимых пределах.

Таким образом, реагент Фанит позволяет получить высококачественные буровые растворы при проводке

0 нефтяных и газовых скважин в .неустойчивых породах в условиях действия повышенных температур и солевой агрессии.

Кроме того, реагент Фанит мо5жет быть использован для получения противофильтрационных композиций при возведении различного рода гидротехнических сооружений (прудыиспарители, шламонакопители и др.)

0 с целью защиты подземных вод от загрязнения отходами промышленных предприятий.