Добавка к глинистым буровым растворам Советский патент 1984 года по МПК C09K7/02 

1 . Изобретение относится к бурению скважин, в частности к составам г буровых растворов с улучшенными сма зочными и крепящими свойствами. Изв.естно применение сырой нефти качестве смазочной добавки к буровы растворам Л . Однако сырая нефть является дефи цитной, пожароопасной, а ее добавка многотонналсной; Кроме того, сырая нефть повьппает износ резиновых элементов бурового оборудования в связи с наличием в ее составе бензиновых фракций итребует в большинстве случаев совместного введения специальных эмульгаторов, что усложняет процесс обработки и повьш1ает стоимость бурового раствора. Наряду с этим применение нефти ограничивается ее отрицательным воздействием на состояние окружающей среды. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является применение в качестве смазочной добавки сырого сульфатного мьша 2j . Недостатками этой смазочной доба ки являются низкие смазочные и креп щие свойства, вспенивание растворов а та1сже вредное воздействие на здоровье обслуживающего персонала за счет присутствия в составе сульфатного мыла мётИлсернистых соединений Цель изобретения - повышение сма зочньпс и крепящих свойств глинистых буровых растворов. Поставленная цель достигается тем, что в качестве смазывающей и крепящей добавки и глинистым буровы раствором применяют отход целлюлозно-бумажной промьшшенности на стади перер аботки сырого сульфатного мыла на фитостерин (ППФ). ППФ представ ляет собой однородную легко подвижную жидкость (условная вязкость 85 при ) коричневого цвета, без за паха, имеющую следующий состав, мае. %: .Натриевые соли жирных кислот10-22 Натриевые соли смоляных кислот 10-12 Неосмыляемые вещества (спирт алифа тический С(4 , углеводороды) ; 1-3 Этиловый спирт 2-10 ВодаОстальное 02 ППФ вырабатьшается по новому способу, который предполагает растворение сырого сульфатного мыла в этигловом спирте при соотношении 1:(1,52,5) и при 50-55 С. После перемешивания и последующего отстаивания при той же температуре отделяют раствор от вала, разбавляют его водой до концентрации спирта 55-60% и производят кристаллизацию фитостерина снижением температуры до . в течении 72 ч. Выпавшие кристаллы фитостерина отделяют вместе с другими продуктами неомьшяемой фракции, например с алифатическими спиртами и углеводородами. От оставшегося раствора отгоняют спирт до его концентрации в ППФ 2 - 10%. Выход ППФ в сутки составляет около 700 кг. Для оценки эффективности ППФ как добавки к буровым растворам в лабораторных условиях были изучены свойства буровых растворов, обработанных соответственно Ш1Ф, сульфанолом и сырым сульфатным мьшом. В результате проведенных исследований установлено (табл. 1), что ППФ обладает лучшей способностью, как стабилизатор, снижать водоотдачу бурового раствора iio сравнению с сульфанолом и сульфатньм мылом. Увеличение содержания ППФ свьш1е 1,0 вес.% практически не с)казывается на его стабилизирующей способности. В процессе бурения, и при. спуско- подъемных операциях силы трения и адгезии препятствуют свободному перемещению колонны бурильных труб относительно стенки скважины с образованной на ее поверхности фильтрационной глинистой коркой. Остановка бурильной колонны без движения зачастую сопровождается ее прилипанием к стенке скважины - прихватом. Эффективность последующих противоприхватных мероприятий зависит от устойчивости горных пород в околоствольной зоне скважины. Обруше} ие. пород .заканчивается обычно ликвидацией ствола сква-, жины. В соответствии с этим изучение адгезионных и фрикционных свойств буреных растворов было проведено на приборе ПТ-2, который позволяет оценить суммарное усилие, необходимое для сдвига металлического диска, имитирующего поверхность бурильной трубы, ототносительно глинистой корки, находящейся в непосредствен контакте с ним и образованной подобно ее формированию на стенке.скважины путем фильтрации бурового раствора через пористую среду. Усилие, представляющее собой сумму адгезионньк сил и ; силы трения, определялось величиной предельного статического напряжения сдвига глинистой корки - Pj (Па). Изучена зависимость Р от концентрации . добавок к глинистым раСТворам сульфанола, сульфатного мыла и ППФ, в результате чего- установлено что минимальные значения Р обесп чиваются добавкой ППФ в количестве 1.5 вес. %. . Влияние сульфанола, сульфатного мыла и ППФ на величину Р фильтраци онных корок буровых растворов, стаб лизированных УЩР, КССБ и КМЦ, показано в табл. 2. Данные этой таблицы свидетельствуют о том, что ППФ наиб лее эффективно снижает величину PI{, совместим ,с различными реагентамистабилизаторами. Поскольку между,энергией адгезионного взаимодействия контактирующих поверхностей и поверхностным натяжением имеется тесная зависимос было изучено снижение поверхностног натяжения фильтрата бурового раствора от величины добавок ППФ (табл. Из табл. 3 следует, что ППФ боле эффективно снижает поверхностное натяжение фильтрата, а оптимальной личины его добавки следует считать 0,7-1,0 вес. %, так. как при содержании ППФ менее 0,7 вес.% поверхностное натяжение возрастает, а с увеличением содержания свьше 1,0 вес. % - практически не изменяетсд. Влияние буровых растйоров с д бавками сульфанЬла, Ьульфатного мыл и ППФ на устойчивос-пь пород в стенк скважин оценивалось коэффициентом yci тойчивости Кц образцов этих пород (в частности образцов из гидрослюдистой глины) в среде указанных растворов при одноосном сжатии. Результаты испытаний поЖазьшают, что максимальные значения Кй соответствуют 03ФОВОМУ раствору с добавкой ППФ в количестве более О,75 вес. Устойчивость глинистых образцов в этом растворе повышается в 2 раза, а в растворе с добавкой сульфатного мыла - в 1,5 раза по сравнению с исходным ра&твором. Таким образом, добавка ППФ в количестве 0,7-1,5 вес.% способствует лучшей стабилизации буровых растворов, эффективнее снижает поверхностное натяжение фильтрата бурового раствора и предельное статическое напряжение сдвига глинистой корки, повьшает коэффициент устойчивости ГЛИНИС.ТЫХ образцов в 2 раза. Кроме этого, наличие спирта в соетаве ППФ снижает пенообразрвание в буровом растворе, частично образующаяся пена самостоятельно гасится s течение нескольких минут. Аналогичные добавки сульфанола и сульфатного мыла требуют совместное применение пеногасителя, например МАС-200 (табл. 1). Промысловые испытания показали, что благодаря смазочным и г. противоизносным свойствам буровог.о раствора улучшаются условия работы породоразрушающего инструмента.. Увеличение механической скорости бурения достигается за счет взаимодействия смазки с металлом при высоком контактном давлении и температуре (табл. 4), Сравнение эффективности смазочных добавок при промысловом бурении представлено в табл.4. Т а б л и ц а .1

Применение отхода целлюлознобумажной промьшшенности на стадии переработки сырого сульфатного мыла на фитостерин (ППФ) в качестве смазывающей и крепящей добавки к глинистым буровым растворам. (Л I4D СЬ сл ;о

Бентонит 8 Вода 92

Раствор 1 +0,4% сульфатного мыла + 0,12% MAC - 200 (пеногаситель)

1,06

13,5

3,0 7,85

40,5

16

1 ,06

24,5

2,0 8,3.5

Раствор

I 3

Раствор 1 +0,4% сульфанола +0,12% МАС-200

4 Раствор 1+0,2% ППФ

5 Раствор.1 + 0,40 ППФ

6 Раствор 1 + 0,6% ППФ

7 Раствор 1 + 0,80 ППФ

8 Раствор 1 + 1,0% ППФ

9 Раствор 1 +1,3% ППФ 15,0 13 Бентонит 10 УЩР-4 . 2 Раствор 1+0,U 12,0 сульфанола

Раствор 1+0,3% сульфанола 8,5

Раствор 1+0,5% сульфанола 8,0

Раствор 1+0,1% сульфатного мьша13,0

Продолжение табл.1

1,06

16

21,5 2,0 8,21

26,5 2,0 9,05

16

15,7 20,0 2,0 9,40

15,8 19,5 2,0 9,46

16,0 18,0 2,0 9,50

16,1 16,5 2,0 9,52

16,3 16,5 2,0 9,54

Таблица 2 14

15 Раствор 11+0,1%

ППФ10

16 Раствор 11+0,3%

ППФ6,5

17 Раствор 11+0,5% ППФ Раствор 11+0,3% сульфатного мыла 10,5 Раствор 11+0,5% сульфатного мыла 6,5

Раствор 1+0,3% сульфатного мыла 11 5

Раствор 1+0,5% сульфатного мыла 7,0 8 Раствор. 1+0, 11,0. . ППФ

Раствор 1+0,3%

ППФ

Раствор 1+0,5%

5,0 22 ППФ

Продолжение табл.2

18 Бентонита 10 КМЦ-600 1,5

В(5да 88,5

12

19 Раствор 18+0,1%

10 сульфатного мыла 20

21

Раствор 18+0,5%

7,0 сульфатного мыла

Раствор 18+0,1% ППФ Раствор 18+0,3% сульфатного мыла 8,5 1,14 16 Сульфатное мыло 1,5% 1.14 17 1.08 17 Ликвидирована из-за при 815 Сульфатное мыло 1,5% 1,10 18 27 2 454 1тФ-1,3 22 2 1,10 18 1,5% 12/16 186- X 0,88 300 . 170 53/60 300 X 1,09 6/12 80- УШ 1,02 200 рурнльного инструмента 8032/54 200 УШ 1,28 2028/52 349 УШ 1,34