Реагент для обработки буровых растворов Советский патент 1991 года по МПК C09K7/02 

1

(21)4692492/03 (22) 180589 (46)300991 Бюл №36

(71)Ростовский государственный университет

(72)В А Евецкий и И М Давыдов (53)622 243 1442(0888)

(56)Авторское свидетельство СССР №663709, кл С 09 К 7/02 1975

Авторское свидетельство СССР №998484, кл С 09 К 7/02 1980 (54) РЕАГЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

(57)Изобретение относится к бурению геологоразведочных сквзжин Цель - увеличение качества буровых растворов за счет повышения смазочных свойств при одновременном снижении водоотдачи в интервале температур 20 - 50° С Реагент содержит следующие компоненты при их соотношении, мае %: продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрила а присутствии лигносульфонатов 95,5 - 96,5; бихро- мат калия или натрия 3,5 4,5 Данный реагент обладает высокой солестойкостью и позволяет снижать водоотдачу в присутствии солей как натрия, так и кальция. Использование данного реагента может быть достигнуто за счет увеличения механической скорости бурения, уменьшения затрат времени и средств на борьбу с осложнениями, сокращения расхода материалов, необходимых для обработки буровых растворов 1 та б л

Изобретение относится к бурению геологоразведочных скважин, а именно к реагентам для обработки буровых растворов

Целью изобретения является улучшение качества буровых растворов за счет повышения смазочных свойств при одно временном снижении водоотдачи в интервале температур 20 50° С

Цель достигается тем, что реагент для обработки буровых растворов, содержащий продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрила в присутствии лигносульфонатов дополнительно содержит бихромат натрия или калия при следующем соотношении ингредиентов мае %

Продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрила в присутствии лигносульфонатов95,5-96,5 Бихромат натрия или калия3 5-4,5 Продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрила в присутствии лигносульфонатов представляет собой акрилонитрильный лигносульфонат, выпускаемый под товарным названием Анилис, имеет плотность 1130-1140 кг/м3, это вязкая жидкость темно-коричневого цвета, хорошо растворимая в воде Данный реагент обладает высокой сояестойкостью и позволяет снижать водоотдачу в присутствии как солей натрия, так и кальция Однако эффективность снижения

GO О

3

водоотдачи при этом низка, что приводит либо к перерасходу реагента, либо к осложнениям, связанным с обвалами неустойчивых пород, а это влечет за собой большие затраты времени и средств на борьбу с осложнениями. Другим недостатком реагента является то, что он обладает низкими смазочными свойствами.

Бихромат калия или натрия - кристаллический порошок оранжевого цвета, хорошо растворимый в воде.

Экспериментальные работы по оценке свойств буровых растворов, обработанных данным реагентом, выполнены по следующей методике.

В Анилис вводили бихромат нагрия или калия и производили перемешивание. Полученный реагент вводили в буровой раствор. При этом использовали как пресный, так и минерализованный буровой раствор. Пресный буровой раствор представлял собой 10%-ную суспензию бентонита. Минерализованный буровой раствор представлял собой 10%-ную суспензию бентонита, содержащую 30% хлористого натрия (NaCI) и 2% гипса (СаЗСм). После этого оценивали технологические свойства буровых растворов. Плотность р измеряли пикнометрическим методом; условную вязкость (УВ) - с помощью воронки ВБР-1; водоотдачу (В) - с помощью прибора ВМ-6: статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин (CHCvio) - на приборе ВСН-3. Смазочные свойства оценивали по комплексу показателей: коэффициенту /f трения измеренному на машине трения фирмы Бароид, и коэффициенту сдвига глинистой корки (КСК), измеренному на реконструированном приборе СНС-2, Водоотдачу определяли при 20,35 и 50° С (Вао; ВЗБ; Bso). Для термостатирования использовали термостат ТС-1 б-А.

Пример 1. К 970 г (97 мае. %) Ани- лиса добавляют 30 г (3 мас.%) бихромата калия и производят перемешивание в течение 1,5 ч После этого реагент вводят в пресный, а также в минерализованный буровые растворы в количестве 100 г реагента на 1000 г бурового раствора (10 мас,% реагента от массы бурового раствора) и производят перемешивание в течение 15 мин. Пресный буровой раствор характеризуется следующими свойствами: р- 1060 кг/м ; УВ --37с, CHCi/io 28/46 дПа; В20 3 см3; Вгю - 3 см3; // 0,45 усл. ед.; КСК-2 0,58 усл.ед. Минерализованный буровой раствор характчгаиуйтся следующими свойствами: р кг/м1- УВ - 33 с: CHCi/ю 12/18 дПа; В2о 6 см3, В35 5 см3; В so 6 см3; j.i 0,46 усл.ед; КСК - 0,60 усл.ед.

Реагент, полученный по указанной выше рецептуре, перемешали еще в течение

30 мин, т. е. всего в течение 2 ч. После введения реагента в том же количестве (10 мас.% от массы бурового раствора) параметры его не изменились.

Реагент выдержали в состоянии покоя в

0 течение 24 ч. После введения реагента в том же количестве (10 мас.% от массы бурового раствора) параметры его не изменились.

Пример 2. К 965 г (96,5 мас.%) Анилиса добавляют35 г(3,5 мас.%)бихро5 мата калия. Реагент получают тремя разными способами путем перемешивания его в течение разных промежутков времени: (1,5; 2 ч), после выдержки в течение 24 ч. Затем каждый из полученных такими способами

0 реагентов вводят в пресный и минерализованный буровые растворы в количествах 100 и 70 г на 1000 г бурового раствора (соответственно 10 и 7 мас.% от массы бурового раствора) при перемешивании в тече5 ние 15 мин. После этого оценивают свойства обработанных буровых растворов.

Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч,

0 характеризуется следующими параметрами: р 1060 кг/см3; УВ 37 с; CHCi/io 28/46 дПа; 620 3 см3; ВЗБ 3 см3; Bso 3 см3; fi 0,45 усл.ед., КСК 0,58 уся.уд Минерализованный буровой раствор, об5 работэнный реагентом в количестве 10%. полученным после перемешивания G течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами; р 1220 кг/см ; УВ 33 с; СНС1/ю 12/18дПа; Вао 6см3; Вз5 6см3;

0 ВБО 6 см3; fi 0,46 усл.ед.; КСК 0,60 усл.ед.

Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10%, полученным как после перемешивания в течение 2

5 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р 1060 кг/м ; УВ 38 с; СНа/ю 25/40 дПа; В20 3 см3; ВЗБ 3 см3; В50 3 см3; /i - 0,22 усл.ед.; КСК 0,40 уел ед.

0 Минерализованные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р 1220 кг/м3. УВ 34 с,

5 СНС1/ю 9/18дПа; В20 4см3; Вз5 4см3, 850 Зсм3; -0,24 усл.ед.; КСК-0,42 усл.ед Пресные буровые растворы, обработанные в количестве 7%, полученным как после

перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р 1060 кг/м ; УВ 36 с; CHCi/ю 23/40 дПа; Вао 3 см3; Bso 3 см3; /г 0.28 усл.ед.; КСК 0,48 усл.ед. Минерализованные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 7%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковы- ми параметрами: р 1220 кг/м ; УБ 32 с; СНС1/ю 8/15дПа; В20 бсм3; Вз5 6см3; Bso 6 см3; /и 0,29 усл.ед.; КСК 0,49 усл.ед.

Пример 3. К 960 г (96 мас.%) Ани- лиса добавляют 40 г бихромата натрия. Реагент получают тремя разными способами путем перемешивания его в течение разных промежутков времени: 1,5 ч; 2 ч, после выдержки в течение 24 ч. Затем каждый из полученных таким образом реагентов вводят в пресный и минерализованный буровые растворы в количествах 100 и 70 г на 1000 г бурового раствора (соответственно 10 и 7 мас.% от массы бурового раствора) при перемешивании в течение 15 мин. После этого оценивают свойства обработанных буровых растворов.

Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, получен- ным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами: р 1060 кг/м3; УВ 37 с; CHCi/iO 28/46 дПа; Вго 3 см3; ВЗБ 3 см3; Bso 3 см3; fi 0,45 усл.ед.; КСК 0,58 усл.ед,

Минерализованный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами: р 1220 кг/м3; УВ 33 с; СНСшо 12/18дПа; Вао 6см3; ВЗБ 6 см3; Bso 6 см3; 46 усл.ед.; КСК 0,60 усл.ед.

Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р 1060 кг/м3; УВ 37 с; CHCi/iO 24/51 дПа; Вго 3 см3; ВЗБ 3 см3; Bso 3 см3; ц 0,22 усл.ед.; КСК 0,41 усл.ед. Минерализованные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми пара- метрами: р 1220 кг/см3: УВ 34 с; CHCvio 10/15 дПа; Вао 4 см3; Вз5 4см3; Bso 4 см3; /г 0,24 усл.ед,; КСК 0,42 усл.ед.

Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 7%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р 1060 кг/см ; УВ 35 с; CHCi/ю 20/34 дПа; 820 3 см3; ВЗБ 3 см3; Bso 3 см3; ц 0,28 усл.ед.; КСК 0,48 усл.ед. Минерализованные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 7%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р 1220 кг/см3- УВ 31 с; CHCi/ю 8/15 дПа; Взо 6 см ; Взб 6 см3; Bso 6 см3; /и 0,30 усл.ед.; КСК 0,49 усл.ед.

Пример 4. К 955 г (95,5 мас.%) Анилисэ добавляют45 г(4,5 мас.%) бихромата калия. Реагент получают тремя разными способами путем перемешивания его в течение разных промежутков времени: 1,5; 2 ч, после выдержки в течение 24 ч. Затем каждый из полученных такими способами реагентов вводят в пресный и минерализованный буровые растворы в количествах 100 и 70 г на 1000 г бурового раствора (соответственно 10 и 7 мае. % от массы бурового раствора) при перемешивании в течение 15 мин. После этого оценивают свойства обработанных буровых растворов,

Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами: р 1060 кг/см3; УВ 37 с; CHCi/ю 28/46 дПа; Вго 3 см3; Взб 3 см3; Bso 3 см3; /г 0,45 усл.ед.; КСК 0,58 усл.ед. Минерализованный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами: р 1220 кг/м3; УВ 33 с; СНС1/ю 12/18дПа;В2о 6см3;Вз5 6см3; Bso 6 см3; р 0,46 усл.ед,; КСК 0,60 усл.ед.

Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение- 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: /о 1060 кг/м , УВ 38 с; CHCi/ю 24/37 дПа; 820 3 см3; Вз5 3 см3; Bso 3 см3; р 0,22 усл.ед.; КСК 0,40 усл.ед,

Минерализованные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметра ми: р 1220 кг/м3; УВ -33 с;

CHCi/io 10/178 Па; В20 4см3; Вз5 4 см3 В5о 4см3; ,м 0,24 усл.ед.; КСК 0,42 усл.ед. Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 7%, полученные как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р 1060 кг/м3; УВ 36 с; CHCi/ю 18/35 дПа; Вао 3 см3; ВЗБ 3 см3; BSD 3 см3; // 0,28 усл.ед.; КСК 0,48 усл.ед. Минерализованные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 7%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р 1220 кг/м3 УВ - 31 с; СНС1/1о 9/12дПа; В20 -6см3; Вз5 6см3; Bso 6см3; /и 0,30усл.ед.; КСК 0,49усл.ед. Пример 5. К 950 г (95 мас.%) Ани- лиса добавляют 50 г (5 мас.%) бихромата калия. Реагент получают тремя разными способами путем перемешивания его в течение разных промежутков времени: 1,5; 2 ч, после выдержки в течение 24 ч. Затем каждый из полученных такими способами реагентов вводят в пресный и минерализованный буровые растворы в количествах 100 и 70 г на 1000 г бурового раствора (соответственно 10 и 7 мас.% от массы бурового раствора) при перемешивании в течение 15 мин. После этого оценивают свойства обработанных буровых растворов. Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами: р 1060 кг/м3; УВ 37 с; СНСщО 28/46 дПа; Вао 3 см3; ВЗБ 3 см3; Вво 3 см3; I 0,45 усл.ед.; КСК 0,58 усл.ед. Минерализованный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами: р 1220 кг/м3; УВ 33 с; СНС1/ю 12/18дПа;В2о ;6см3; Взз 6см3; BSD 6 см3; ц 0,46усл.ед.; КСК 0,60усл.ед. Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 21 ч. характеризуется следующими параметрами: /о 1060 кг/м3; УВ 38 с; CHCi/ю 24/37 дПа; В20 3 см3; Вз5 3 см3; Bso 3 см3 /г 0,22 усл.ед.; КСК 0,40 усл.ед. Минерализованный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 2 ч, характеризуется следующими параметрами: р 1220 кг/м3; УВ 33 с;

,з.

СНС1/ю 10/17дПа;В20 4см°;Взп -4см0;

ВБО - 4 см3; /и 0,24 уел ед.; КСК 0,42 усл.ед.

Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 7%, получен5 ным после перемешивания в течение 2 ч, характеризуется следующими параметрами: р 1060 кг/м3; УВ 36 с; CHCi/iO 18/35 дПа; 820 3 см3; ВЗБ 3 см3; Bso 3 см3; /г 0,28 усл.ед.; КСК 0,48 усл.ед.

10 Минерализованный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 7%, полученным после перемешивания в течение 2 ч, характеризуется следующими параметрами: р 1220 кг/м3; УВ 31 с; CHCi/ю

15 9/12 дПа; В20 6 см3; ВЗБ 6 см3; ВБО 6 см3; /I 0,30 усл.ед.; КСК 0,49 усл.ед.

После выдержки в течение 24 ч происходит гелеобразование. При этом реагент теряет текучесть и превращается в однород20 ный студнеобразный продукт со сшитой трехмерной структурой, в результате чего он становится непригодным для обработки буровых растворов.

Результаты экспериментальных работ

25 обобщены в таблице.

Анализ полученных данных показывает следующее.

В результате обработки как пресных, так и минерализованных буровых растворов

30 реагентом, содержащим 95,5 - 96,5 мас.% Анилиса и 3,5 - 4,5 мас.% бихромата калия или натрия (примеры 2-4) они обладают р 1060- 1220 кг/м3; УВ 31 -38с; CHCi/ю 8-25/12-40 дПа, что соответству35 ет аналогичным параметрам по прототипу (р 1060 - 1220 кг/м3; УВ 33-43 с; CHCi/ю 12 - 32/18-51 дПа). Однако такие буровые растворы имеют л 0,22 -0,30 усл.ед. и КСК 0,40 - 0,49 усл.ед., в то время как

40 прототип имеет /г 0,45 - 0,46 усл.ед. и КСК 0,58 - 0,60 усл.ед. Это свидетельствует о повышении смазочных свойств буровых растворов.

С увеличением содержания реагента в

45 буровом растворе повышаются смазочные свойства. Так, из примера 2 видно, что при 10%-ной обработке пресного бурового раствора // 0,22 усл.ед. и КСК 0,40 усл.ед., а при 7%-ной обработке эти показатели вы50 ше и составляют ft 0,28 усл. ед. и КСК 0,48 усл. ед. При 10%-ной обработке минерализованного бурового раствора / 0,24 усл.ед. и КСК 6,42 усл.ед., а при 7%-ной обработке эти показатели выше и составля55 ют /и 0,29 усл.ед. и КСК 0,49 усл.ед. Аналогичные закономерности проявляются также и в примерах 3 и 4.

Изменения соотношений Анилиса от 9R 5 по 96.5 мас.% и бихромата натрия или

калия от 3,5 до 4,5 мас.% в реагенте не оказывает влияния как на смазочные свойства, так и на величину водоотдачи. Так, например, минерализованный буровой раствор, обработанный 7%-ным реагентом по примеру 2, имеет Вао 6 см ; Вз5 6 см ; В50 6 см3; I 0,29 усл.ед. КСК 0,49 усл.ед.; по примеру 3 B20 6см ;Вз5 6см ; ВбО 6см3; // 0,ЗОусл.ед.;КСК 0,49усл.ед.; по примеру 4 В20 6 см3; Вз5 6 см ; В so 6 см3; /it 0,30 усл.ед.; КСК 0,49 усл. ед.

Водоотдача буровых растворов, полученных по примерам 2-4, составляетЗ - б см , что позволяет получить буровые растворы с такой водоотдачей, как в прототипе, но при меньших его содержаниях. Так, минерализованный буровой раствор по прототипу имеет водоотдачу 4 см3 при 15%-ной обработкой Анилисом. Данный реагент позволяет получить такую водоотдачу при 10%-ной обработке, что видно из примеров 2-4. При 10%-ной обработке Анилисом минерализованный буроаой раствор по прототипу имеет водоотдачу 6 см3. Такую же водоотдачу имеет минерализованный буровой раствор, обработанный 7% данного реагента, что также видно из примеров 2-4.

С изменением температуры в интервале 20-50°С водоотдача при одинаковых содержаниях ингредиентов не изменяется, что также видно из примеров 2-4. Это свидетельствует о снижении водоотдачи при 20-50° С, а одновременно и о повышении солестойкости реагента.

Из примеров 2-4 видно, что необходимо перемешивать ингредиенты в течение не менее 2 ч, поскольку при перемешивании 1,5 ч как смазочные свойства, так и водоотдача соответствуют аналогичным показателям по прототипу, а выдержка данных реагентов в течение 24 ч не приводит к улучшению смазочных свойств и повышению эффективности снижения водоотдачи.

При содержании Анилиса 97 мас.% и бихромата 3 мас,% все свойства как пресного, так и минерализованного бурового раствора (пример 1) соответствуют аналогичным свойствам по прототипу, причем это

имеет место при любом способе его приготовления (перемешивание в течение 1,5 и 2 ч, выдержка в течение 24 ч). Это свидетельствует о том, что увеличение содержания Ани- 5 лиса относительно 96,5 мае. % и уменьшение содержания бихромата относительно 3,5 мас.% не позволяет достичь цели изобретения.

При содержании Анилиса 95 мас.% и 0 бихромата 5 мас.% цель изобретения достигается при перемешивании реагента в течение 2 ч (пример 5). Однако после выдержки реагента в течение 24 ч он теряет текучесть и превращается в гель с пространственно 5 сшитой структурой. Поэтому уменьшать содержание Анилиса ниже 95,5 мас.% и увеличивать содержание бихромата выше 4,5 мас.% нецелесообразно, так как при этом получается реагент с малым сроком 0 хранения, не превышающим 2 ч.

Таким образом, цель изобретения достигается только в тех случаях, когда реагент для обработки буровых растворов содержит 95,5-96,5 мас.% Анилис а и 3,5- 5 4,5 мас.% бихромзта калия или натрия.

Использование данного реагента может быть достигнуто за счет увеличения механической скорости бурения, уменьшения затрат времени и средств на борьбу с 0 осложнениями, сокращения расхода материалов, необходимых для обработки буровых растворов.

Формула изобретения Реагент для обработки буровых раство- 5 ров, содержащий продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрилэ в присутствии лигнос.ульфонатов, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества буровых растворов за счет повышения смазоч- 0 ных свойств при одновременном снижении водоотдачи в интервале температур 20- 50° С, реагент дополнительно содержит бихромат натрия или калия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: 5Продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрила в присутствии лигносульфо- натов95,5 - 96,5

Бихромат калия или натрия 3,5 - 4,5