Реагент для приготовления полимербентонитового бурового раствора Советский патент 1992 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к бурению геологоразведочных и нефтяных скважин и предназначено для их промывки.

Известны реагенты для приготовления полимербентонитового бурового раствора на основе акриловых полимеров, например гидролизованного полиакрилонитрила. Они обладают высокими стабилизирующими свойствами.

Недостатком являются низкие флокули- рующие свойства. По этой причине буровой раствор плохо очищается от выбуренной породы, что влечет за собой увеличение содержания в нем твердой фазы и, как следствие, снижение механической скорости бурения.

Наиболее близким к предлагаемому является реагент для приготовления полимербентонитового бурового раствора, содержащий полиакрилоамид, гидроксид натрия в сочетании с гуматной добавкой, в качестве которой используют бурый уголь или торф (углещеломной реагент или торфо- щелочной реагент) и воду. Приготовление реагента производят путем растворения по- лиакриламида в щелочном гуматном растворе при перемешивании до получения однородной жидкости. Такой реагент способен оказывать флокулирующее действие,

Однако приготовленный на его основе буровой раствор, обладает низкими флоку- лирукщими свойствами, что проявляется в низкой скорости флркуляции, поэтому буровой раствор плохо очищается от частиц выбуренной породы, в связи с чем снижается механическая скорость бурения.

XI

ю со

о

00

о

Цель изобретения- повышение эффективности реагента в улучшении флокулиру- ющих свойств бурового раствора.

Поставленная цель достигается тем, что реагент для приготовления полимербенто- нитового бурового раствора, содержащий полиакриламид, гидроксид натрия, гумат- ную добавку и воду, в качестве гуматной добавки содержит сапропель при следующем соотношении ингредиентов, мае. %:

Полиакриламид 0.5-2,0

Гидроксид натрия0.5 - 2,0

Сапропель2-20

ВодаОстальное

Ингредиенты выпускаются отечественной промышленностью.

Полиакриламид (ПАА) выпускается в соответствии с ТУ 6-01-1049-81. Он представляет собой высокомолекулярное соединение с молекулярной массой 3 1Q4- 6 106, растворимое в воде.

Гидроксид натрия выпускается в соответствии с ГОСТ 2261-81, Представляет собой бесцветную твердую массу или гранулы, хорошо растворимые в воде,

Сапропели представляют собой тонкоструктурные коллоидальные отложения водоемов, содержащие органические и минеральные компоненты биогенного и привносного характера. Добычу сапропе- лей из водоемов (озер) осуществляют гидромеханизированным способом их . экскавации земснарядами в сочетании с гидротранспортом по трубопроводам. Применяются сапропели в качестве удобрения в сельском хозяйстве, а также при бурении скважин в качестве структурообразователя и стабилизатора буровых растворов, для облегчения цементных растворов. Использование сапропеля для улучшения флокули- рующих свойств бурового раствора не известно.

Сапропели различаются по органическому, кремнеземистому и карбонатному типам. Отличие их друг от друга состоит в различном составе органической и минеральной части. Для получения предлагаемого реагента может быть использован любой из этих сапропелей.

Использовали органический сапропель озера Судобль, кремнеземистый сапропель озера Червоное, карбонатный сапропель озера Вечер.

Органическая часть органического сапропеля содержит, %: битумы 5; легкогидро- лизуемые вещества 25; гуминовые вещества 31,1; трудногидролизуемые вещества 10,2. Негидролизуемый остаток составляет 30,1%, Содержание углерода составляет 58,4%; водорода 7.3%; азота 5,9%: кислоро

5

0

0

5

0 5 0

5

0

5

да 28.3% Органический сапропель содержит следующие минеральные вещества, %: С02 2.0; 5Ю2 7,4; 1.0; Р620з 2,3: СаО 1,1; МдОО.З.

Органическая часть кремнеземистого сапропеля содержит, %: битумы 4,6; легко- гидролизуемые вещества 27,2; гуминовые вещества 29,4; трудногидролизуемые вещества 8,9. Негидролизуемый остаток составляет 28,8%. Содержание углерода составляет 52,3%, водорода 6,7%, азота 4,1%, кислорода 36,6%. Кремнеземистый сапропель содержит следующие минеральные вещества. %: С02 3,2; 5Ю2 33,9: А120з 1,1; Ре20зЗ,6; СаО 1,3:МдОО,2.

Органическая часть карбонатного сапропеля содержит. %: битумы 3.2; легкогидро- лизуемые вещества 18,2; гуминовые вещества 58,8; трудногидролизуемые вещества 4. Негидролизуемый остаток составляет 20,5%. Содержание углерода составляет 55,8%, водорода 7,8%, азота 4%, кислорода 31,7%, Карбонатный сапропель содержит следующие минеральные вещества, %: G02 20.5; SI02 22,8: А120з 3.2; Ре20з 11,5; СаО 21.9; МдО 1,1.

Экспериментальные работы выполнены путем оценки обычно измеряемых характеристик бурового раствора с использованием общепринятых методик и приборов, Плотность (р) измеряли пикнометрическим методом; условную вязкость (УВ) - с помощью воронки ВБР-1; водоотдачу (В) - на приборе ВМ-6; статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин (CHCi/ю) - на приборе СНС-2. Флокулирующие свойства оценивали по общепринятой методике определения кинетической устойчивости глинистой суспензии в присутствии реагента. В мерный цилиндр вместимостью 500 мл наливали грубодисперсную суспензию, содержащую 5 мас.% Часов-Ярской глины, а также глины Тарасовского месторождения и глинистого сланца, выбуренного на Гуков- ской площади. Затем добавляли реагент в количестве 0,5 об.% и после встряхивания в течение 10 с наблюдали кинетику осаждения частиц. Эффективность флокуляции оценивали (в процентах) по обьемной доле осветленной в течение 10 мин жидкости от всего объема суспензии (Voce.), а также по скорости флокуляции (v). Для этого объем осветленной в течение 10 мин суспензии

ог в

относили к единице времени, т. е. v --

мл/мин.

П р и м е р 1. В 98 г (98 мас.%) воды растворяют 0,5 г (0,5 мас.%) гидроксида натрия, вводят 1 г (1 мас.%) органического

сапропеля, а затем 0,5 г (0,5 мас.%) ПАА с молекулярной массой 3 10 . Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мл (0,5 об.%) добавляют к 995 мл (99,5 об.%) 2%-ного раствора предварительно гид- ратированного бентонита. Полученный полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: р 1010 кг/м3; УВ 17 с; В - 12 см3; CHCi/io О/О. Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об. %)добавляют к 497,5 мл (99,5 об.%) 5 %-ной суспензии Часов-Ярской глины. После встряхивания в течение 10 с измеряют фло- кулирующие свойства. При этом VOCB.41 %; v 20,5 мл/мин. .

Пример 2., В 97 г (97 мас.%) воды растворяют 0,5 г (0,5;мас.%) гидроксида натрия, вводят 2 г (2 мас.%) органического сапропеля, а затем 0,5 г (0,5 мас.%) ПАА с молекулярной массой 3 104. Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мл (0,5 об.%) добавляют к 995 мл (99,5 об.%) 2%-ного раствора предварительно гид- ратированного бентонита. Полученный полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: р 1010 кг/м3; УВ 18 с; В 8 см3; CHCi/ю О/О. Реагент в количестве 2,5 мл (0,5об.%) добавляют к 497,5 мл (99,5 об.%) 5%-ной суспензии Часов-Ярской глины. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом VOCB. 68%; Ц 34 мл/мин. . ;

П р и м е р 3. В 86,5 г(86,5 мас.%) воды растворяют 1,25 г (1,25 мас.%) гидроксида натрия, вводят 11 г(11 мас.%) карбонатного сапропеля, а затем 1,25 г (1,25 мас.%) ПАА с молекулярной массой 4 105. Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мл (0,5 об.%) добавляют к 995 мл (99,5 об.%) 2%-ного раствора предварительно гид- ратированного бентонита. Полученный полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: р- 1010 кг/м3; УВ . 19 с| В - 7 см3; CHCi/ю - О/О. Реагент в количестве .2,5 мл (0,5 об. %) добавляют к 497,5 мл (99,5 об.%) 5%-ной суспензии Часов-Ярской глины. После встряхивания в течение 10 с измеряют фло- кулирующие свойства. При этом VOCB. 74%; v 37 мл/мин.

Пример 4. В 86,5 г (86,5 мас.%) воды растворяют 1,25 г (1,25 мас.%) гидроксида натрия, вводят 11 г (11 об.%) кремнеземистого сапропеля, а затем 1,25 г (1,25 мас.%) ПАА с молекулярной массой 4 10 . Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мл (0,5 об. %) добавляют к 995 мл (99,5 об. %) 2 %-но- го раствора предварительно гидратированногобентонита.Полученный

полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: р 1010 кг/м3; У В 19с; В t см3; CHCi/ю - О/О. Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об.%) добавляют к 497,5 Мл (99, б об.%) 5%-ной суспензии Часов-Ярской глины. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом VOCB. 75%; v 37,5 мл/мин.

При м е р1 6., В 77,5 г(77,5 мас.%) воды растворяют 1,25 г (1,25 мас.%) гидроксида натрия, 20 г (20 мас.%) кремнеземистого сапропеля, а Затем 1,25 г(1,25мас.%) ПААс молекулярной массбй 4 105. Перемешивание производят до получения однородной жидкости, реагент в колинестве 5 мл (0,5 об.%) добавляют Ц 995 мл (99,5 об.%) 2%-ного раствора Предварительно гид- ратироваННого бентонита. Полученный

полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: р- 1010 кг/м3; УВ 20 с; В 7 см3; CHCi/ю О/О. Реагент в количеств 2,5 мл (0,5 об.%) добавляют к 497,5 мл (99,5 об,%) 5%-ной суспензии Часов-Ярскбй глины, После встряхивания в течение, 10 с измеряют флокулирующие свойства1. При этом VOCB. 75%; v 37,5 мл/мин.

Пример 6. В 76 г (76 мас.%) воды

раствбряют 1 г (2 мае, %) гидроксида натрия, 20 г (20 мас,%) кремнеземистого сапропеля, а затем 2 г (2 мас.%) ПАА с молекулярной массой 6 10 , Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мл (0,5 об.%) добавляют к 995 мл (99,5 об.%) 2%-ного раствора предварительно гидратированного бентонита, Полученный полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: р 1010 кг/м3; У В 21 с; В б см3; CHCi/ю О/О. Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об.%) добавляют к 497,5 мл (99,5 об.%) 5%-ной суспензии Часов-Ярской глины. После встряхивания в течение 10с измеряют

флокулирующие свойства. При этом VOCB. 80%; v 40 мл/мин.

Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об.%) добавляют к 497,5 мл (99,5 об.%) 5%-ной суспензии глины Тарасовского месторождения. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом VOCB. 82%; v 41 мл/мин.

Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об.%) добавляют к 497,5 мл (99,5 об.%) 5%-ной

суспензии глинистого сланца, выбуренного на Гуковской площади. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом VOCB. 87%; v 43,5 мл/мин.

Приме р 7; ;В 71 г (71 мас.%) воды растворяют 2 г(2 Mat.%) гидроксида натрия, 25 г (25 мас.%) кремнеземистого сапропеля, а затем 2 г (2 мёс.%) ПАА с молекулярной массой 6 106. Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мл (0,5 об. %) добавляют к 995 мл (99,5 об. %) 2 %-ного раствора предварительно гидр атированного бентонита. Полученный полимербентонитовый буро- вой раствор обладает следующими свойствами: /э 1010 кг/м3; УВ 25 с; В 6 см3; CHCi/io О/О. Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об.%) добавляют к 497,5 мл (99,5 об,%) 5%-ной суспензии Часов-Ярской глины. По- еле встряхивания в течение 10с измеряют флокулирующие свойства. При этом VOCB. 48%; у 24 л/мин.

Результаты экспериментальных работ приведены в таблице.

Из анализа полученных данных видно, что при содержании 0,5 - 2,0 мае. % ПАА, 0,5 - 2,0 мас.% гидроксида натрия и 2 -20 мас.% сапропеля (примеры 2-6) реагент обеспечивает получение полимербентонитового бурового раствора с технологическими свойствами (р 1010 кг/м3; УВ 18 - 21 с; В 6 - 8 см3; СНС1/Ю О/О), соответствующими свойствам по прототипу {р 1000 кг/м3; В 18 с; В 7-8см3; CHCi/ю О/О). При этом он обладает флокулирующими свойствами, которые обеспечивают высокую скорость флокуляции и характеризуются значениями VOCB. 68 - 80% и v 34 - 40 мл/мин, что почти в 2 раза превышает ана- логичные показатели прототипа, для которого они составляют: VOCB. 38-45%; v 19 - 22,5 мл/мин. Это свидетельствует о повышений эффектиёности реагента в улучшении флокулирующйх свойств.

С увеличением содержания сапропеля скорость флокуляции повышается. Так, при содержании в реагенте сапропеля 20 мас.% (пример1 ё) VOCB. 80%, v 40 мл/мин, а при содержании сапропеля 11 мас.% (пример 4) VOCB. t5%, a v 37,5 мл/мин при одинаковых содержаниях ПАА и гидроксида натрия.

Дальнейшее увеличение содержания сапропеля (пример 6) не приводит к изменению показателей VOCB. и v (в сопоставлении с примером 5). Увеличение содержания сапропеля до 25 мас.% (пример 7) усиливает стабилизирующее действие и приводит к снижению флокулирующего эффекта. При этом VOCB. снижается до 48%, a v - до 24 мл/мин и приближается к аналогичным показателям прототипа (Voce. 45%, v 22,5 мл/мин). Поэтому увеличивать содержание сапропеля относительно 20 мас.% нецелесообразно, поскольку это приводит к резкому уменьшению флокулирующего эффекта. При содержании сапропеля 1 мас.% (пример 1) реагент оказывает низкое ф л окулирующее действие. При этом VOCB. 41%; v 20,5 мл/мин. Такие значения близки к аналогичным показателям прототипа (V0cs. 38%, v 19 мл/мин); Это свидетельствует о том, что снижение содержания сапропеля относительно 2 мас.% нецелесообразно, поскольку влечет за собой резкое снижение скорости флокуляции.

Таким образом, при содержании 0,5 - 2,0 мас.% ПАА, 0,5 - 2,0 мас.% гидроксида натрия, 2-20 мас.% сапропеля (вода остальное) реагент обеспечивает наибольшую скорость флокуляции, что свидетельствуете повышении его эффективности в улучшении флокулирующйх свойств бурового раствора. Экономическая эффективность от применения изобретения может быть получена за счет увеличений механической скорости бурения в результате ускорения снижения содержания твердой фазы в буровом растворе.

Формула изобретения Реагент для приготовления полимер- бентонитового бурового раствора, содержащий полиакриламид, гидроксид натрия, гуматную добавку и воду, отличающий- с я тем, что, с целью повышения эффективности реагента в улучшении флокулирующйх свойств .бурового раствора, он в качестве гуматйой добавки содержит сапропель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Полиакриламид0,5-2,0

Гидроксид натрия0,5-2,0

Сапропель2-20

ВодаОстальное

Продолжение таблицы

Изобретение относится к области бурения скважин. Цель - повышение эффективности реагента в улучшении фло- кулирующих свойств раствора. Реагент включает ингредиенты яри следующем их соотношении, мас.%: полиакриламид 0,5 - 2,0; гидроксид натрия 0,5-2,0; сапропель 2 - 20; вода остальное. Используется полиакриламид с молекулярной массой от 3 104 до 6 10 , сапропель - органический, кремнеземистый и карбонатный. При добавлении реагента в полимербентонитовый буровой раствор в количестве 0,5 об.% он осветляется за счет осаждения дисперсной фазы не менее чем на 80% по объему. Реагент можно, использовать для эффективной дестабилизации полимербентонитовых буровых растворов. 1 табл.

Углещелочный реагент