Эмульсионная промывочная жидкость Советский патент 1992 года по МПК C09K7/02 

3 17

ее применение в практике бурения на твердые полезные ископаемые.

Известны Ленол 10 и Ленол 32 - концентраты солестойких промывочных жидкостей, Проспектр ВИТР ВПО Союз- геотехника Мингео СССР, Ленол 10,32, концентраты солестойких промывочных жидкостей.

Приготовленные на основе Ленола 10 и Ленола 32 глинистые промывочные жидкости имеют высокое поверхностное натяжение и нестабильность в жесткой воде при концентрации солей более 3000 мг/л.

Наиболее близок к предлагаемому эмульсионный буровой раствор, содержащий следующие ингредиенты, мас.%:

2,0 - 4,0

0,8 0,3

1,2 0,5

1,5 - 2,0 20,0 - 30,0 Остальное

Глинопор ошок Гидроокись аммония 25%-ной концентрации Стабилизатор Кубовые остатки синтетических жирных кислот

Углеводородная фаза Вода

Недостатком этого бурового раствора является сложность приготовления, заключающаяся в необходимости обязательного подогрева куббвых остатков синтетических жирных кислот до 70- 80ЛС, воды до 50-60°С и перемешивании в течение 1,5 ч, что требует дополнительных затрат электроэнергии.

Цель изобретения - повышение выносной способности эмульсионной буровой промывочной жидкости при одновременном улучшении ее смазочных свойств и экологии при разложении отработанной буровой промывочной жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве составных компонентов эмульсионной промывочной жидкости используют эмульсол Т-1 (в примерах - раствор 1) или его составные части при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Эмульсол Т-1 раствор

Минеральное масло Триэтаноламин Жидкие кислоты дистиллированныхжидких кислот хлопкового соап-1 стока (ДЖКХС) 0,005 - 0,16 Раствор 2 Глина0,05 - 6,00

1

0,11 - 3,52 0,01 - 0,32

Полимерный стабилизатор К-9 0,05 - 6,00 ВодаОстальное

Характеристики компонентов .состава эмульсионной промывочной жидкости:

а)Триэтаноламин (МРТУ 6-02-403- 67) - прозрачная коричневая жидкость:

-Удельная масса 1,095-1,135

-Температура вспышки, °С179

-Температура самовоспламенения, °С 395

-Токсичность Малая

б)ТУ 6-06-А21-84 Жидкие кислоты дистиллированных жирных кислот хлопкового соапстока, внешний вид - маслянистая жидкость от снетло-желтого до темно-желтого цвета Кислотное число,

мг КОН185-195

- Число омыления,

мг КОН о,

195-200 10-14

-Титр,wС

5 Йодное число, мг

2/100 гТ20-130

Состав жидких кислот ДЖКХС: СМ:00 - 0,39, .017,0-20,0, -0-0,89, С,8-.о 1,5-2,0, С48и 48,0-53,0, СЯ:гЗО,0-27,0

в) Минеральное масло ТУ 38-181-33-70 С-9 ТУ 38-1-01-33-70

-Содержание влаги - отсутствует

-Вязкость кинематичес5 кая при 20° С не 28,0

Введение в состав эмульсола Т-1 жидких кислот ДМКХС способствует образованию, при взаимодействии с три- этаноламином, эффективного ПАВ, кото0 рый позволяет получать, стабильные водные эмульсии с высокими смазочными свойствами. Реакцию образования ПАВ можно описать уравнением:

RCOOH + (СгН4ОН)3 - RCOOH(C2H4OH)5 где R - C,5H,t, C47HJ5, C,rH33,

НЯ .

Их процентное соотношение в смеси. 17-20, 1,5-2,0, 48,0-53,6, 27,9-30,0 O соответственно.

Сопоставление с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемая эмульсионная промывочная жидкость отличается от известного бурового раст-, вора повышением выносной способности при одновременном улучшении смазочных свойств и экологии (см. табл. 1).

17

Получить эмульсионную промывочную жидкость можно непосредственно перед бурением в полевых условиях без подогрева компонентов даже в зимнее время. Для экспериментальной проверки приготовили предлагаемую эмульсионную промывочную жидкость следующего состава (см. табл. 2).

Пример 1. Приготовление раствора 1 - эмульсола Т-1.

К 11,00 г (0,11 мас.%) минерального масла (С-9, турбинное, веретенное, индустриальное ИС-20) при интенсивном перемешивании приливают 1,0 г (0,01 мас.%) триэтаноламина (ТЭА) и 0,5 г (0,005 мас,%) жидкой фракции дистиллированных жирных кислот хлопкового соапстока (ДККХС).

Приготовление раствора 2.

Параллельно приготовлению раствора 1 готовят раствор 2.

К 9337,5 г воды (93,825 мас.%) при перемешивании прибавляют 50 г (0,05 мас.%) полимерного стабилизатора К-9 и добавляют 600 г (6,0 мас.%) глины.

В раствор 2 при перемешивании вливают раствор 1 и перемешивают еще 15 мин.

Пример 11. Приготовление раствора 1 - эмульсола Т-1.

К 176 г (1,76 мас.%) минерального масла (см. пример 1) прибавляют при интенсивном перемешивании 16 г (0,16 мас.%) ТЭА и 0,8 г (0,08 мас.%) лидкой фракции ДЖКХС.

Параллельно готовят раствор 2.

К 9000 г (92,0 мас.% воды прибавляют 300 г (3,0 мас.%) полимерного стабилизатора и 300 г (3,00 мас.%) глины. К раствору 2 приливают .раствор 1 и перемешивают 15 мин.

Пример 18. Приготовление раствора 1 - эмульсола Т-1.

К 35,2 г (3,52 мас.%) минерального масла (см. пример 1) приливают при перемешивании 3,2 г (0,32 мас.%) ТЭА и при перемешивании жидкой фракции 1,6 г (0,16 мас.%) ДЖКХС.

Параллельно готовят раствор 2.

К 899,5 г (89,95 мас.%) воды при перемешивании добавляют 60,0 г (6,00 мас.%) полимерного стабилизатора и 0,5 г (0,05 мас.%) глины.

К раствору 2 при перемешивании приливают раствор 1 и перемешивают - еще 15 мин.

г

0

5

Качество эмульсионной промывочной жидкости определяют согласно ГОСТ 6243-75.

Важным свойством эмульсионной буровой промывочной жидкости является ее выносная способность, поверхностное натяжение, снижение которого позволяет существенно повысить скорость бурения, а также способствует улучшению ее антифрикционных свойств.

Поверхностное натяжение эмульсионных промывочных жидкостей определяли методом Ребиндера.

Электростабильность эмульсионной промывочной жидкости определяли на

приборе, в котором электроды выполнены в виде медных кругов диаметром 20 см, смонтированных на расстоянии

Q 3,2 мм друг от друга. Напряжение изменяли с помощью ЛАТР механически с постоянной скоростью 17,5 в/с. Предельное напряжение, подаваемое на электроды, составляло 250 в. Силу тока измеряли с помощью универсального прибора вольт-ом-амперметра. Напряжение, соответствующее проскоку пузырька воздуха при резком увеличении силы тока и разогрева жидкости, принимали за величину пробоя. 9

Полученные результаты приведены в табл. 2.

Как видно из примеров в табл. 2, поверхностное натяжение предлагаемых эмульсионной промывочной жидкости г

5 почти в два раза ниже поверхностного натяжения применяемых в настоящее время в бурении эмульсий, что существенно улучшает антифрикционные свойства бурового раствора, позволяет по0 высить частоту вращения бурового инструмента и способствует возрастанию скорости бурения.

5

0

Для подтверждения преимуществ „ предлагаемой промывочной жидкости провели дополнительные лабораторные исследования с добавкой эмульсионно- глинистых растворов, с добавкой ЭН-4, приготовленных на подземной жесктой воде. Данные исследований также приведены в табл. 2. Глина взята из карьера Кызылкумской ГРЭ-. Вода - шахтная, из той же экспедиции. Глины по составу монтмориллонитовые. Вода жесткая 33,9°. Сухой остаток 4048 иг/л. Состав раствора: глина 0,05-6,00%, полимерный стабилизатор К-9 0,05- 6,00%, сода кальцинированная 0,5%, эмульсол ЭН-4 2%.

Приведенные в табл. 1, 2 данные подтверждаются испытаниями данной эмульсионной промывочной жидкости при бурении скважин в Кызылкумах глубиной 1865 и 2200 м.

Все природные соединения, даже обладающие отчетливым токсическим действием на микроорганизмы, служат источником питания для многих микроорганизмов .

Значительное же число синтетических соединений подвергается только более или менее полному превращению в процессе трансформации. При этом в большинстве случаев синтетическое соединение разлагается не до конца, а следовательно, вместо одного соединения в окружающей среде накапливается другое, зачастую более стойкое и более токсичное, т.е. потенциально более опасное для биосферы. Поэтому реальную опасность для биосферы представляет накопление в окружающей среде стойких синтетических органических соединений, обладающих токсическим действием.

В связи с тем, что данная эмульсионная промывочная жидкость содержит природные жирные кислоты (биораз- лагаемые природные соединения), облегчается утилизация отработанного бурового раствора.

Испытания показали положительное влияние эмульсионной промывочной жидкости, заключающееся в улучшении антифрикционных свойств (крутящий момент на глубине 800 м снижается с 45 до 35. кгм), высокой выносной способности и снижении абразивного износа.

В связи с тем, что ГОСТ 6243-75 не предусматривает определения вынос1

ных свойств промывочной жидкости, их определяли при бурении глубокой сква- жины в Кызылкумах взвешиванием шлама, взятого из бака (50 л), установленного возле устья скважины. Промывочная жидкость, выходящая из скважины, сначала попадает в бак, затем по желобу в приемную емкость. В баке оседают наиболее крупные шламовые частицы. Для алмазного бурения максимальный размер частиц не б.олее 1,0 мм, не считая частиц, выпавших из стенок скважин, особенно в зонах разломов. В связи с тем, что реальная скважина имеет непостоянный диаметр в трещино- ватых породах, шламовые частицы могут оседать в трещинах и кавернах. В этом

15

20

7457488

случае практика буровых работ предусматривает утяжеление растворов, что, в спою очередь, приводит к снижению механической скорости бурения. Эмульсионная промывочная жидкость позволяет улучшить выносные свойства без добавления утяжелителей (в том числе глины).

JQ Методика определений сводилась к тому, что через равные промежутки времени (1,0 ч) без изменения расхода промывочной жидкости отбирали шлам в бак. Поскольку скважины бурили гидроударно-эжекторным методом с расходом жидкости 170 л/мин (насос НБ-32), мелкие частицы в баке не оседали. Сравнивали эмульсионную промывочную жидкость с неэмульсионной. При использовании эмульсионной жидкости масса собранного в баке шлама была на 10-30% больше.

Дополнительно в лабораторных условиях исследовали выносную способность предлагаемого эмульсионного раствора и прототипа по авт. св. № 1082971. Выносную способность оценивали как свойство раствора удерживать мелкие частицы. Поставленной цели достигали следующим образом. В приготовленный раствор (4 л) по одному из приведенных рецептов засыпали одинаковое количество шлама с размером частиц 0,1- 0,25 мм (30%), остальной - с размерами частиц менее 0,1 мм. Количество

J5 засыпанного шлама составило не более 5% от раствора (200 г). После засыпки шлама раствор тщательно перемешивали 2-3 мин и оставляли на 1 ч. После этого две трети раствора сливали,

40 а оставшийся в емкости раствор тщательно промывали водой до полного осветления. Затем сушили шлам и взвешивали. Удерживающую способность раствора определяли как отношение разни44S цы масс засыпанного шлама и осевшего к массе засыпанного шлама

25

30

-ЭЛ-Г-ША. . too - у П3

Результаты лабораторных экспериментов занесены в табл. 3.

Использование описанного предложения позволяет:

повысить механическую скорость на 10-15%;

- снизить затраты времени на ликвидацию геологических осложнений на 5-8%,

-повысить выносные свойства на 20%,

-повысить производительность на 5-6%.

1745748 °

она в качестве вещества, содержащего жирные кислоты, содержит жидкие кислоты дистиллированных жирных кислот хлопкового соапстока при следующем

Для повышения стабильности, смазочных свойств, технологичности приготовления, экологии и выносной способности эмульсионная промывочная жидкость содержит, мас.%: глина 0,05- 6,00, полимерный стабилизатор 0,05 - 6,00, минеральное масло 0,11 - 3,52, триэтаноламин 0,01 - 0,32, жидкие кислоты жирных кислот хлопкового 0,005 - 0,16, вода остальное. 3 табл. (Л и смоляных кислот (40 мас.%), неионо- генное ПАВ (20 мас.%), индустриальное масло ИС-20 или ИС-45 (40 мас.%) (ТУ 38.101628-76). В качестве неионоген- ного ПАВ используют ОПтЮ. В таком составе его используют для приготовления промывочной жидкости при бурении. В жесткой воде при концентрации солей 3000 мг/г и выше глинистая промывочная жидкость, полученная на их основе, нестабильна. Высокое поверхностное натяжение также ограничивает | 4 сд vj Јь 00.

Формула изобретения

Эмульсионная промывочная жидкость, включающая глину, полимерный стабили- затор, вещество, содержащее жирные кислоты, триэтаноламин, отличающаяся тем, что, с целью повышения выносной способности, улучшения смазочных свойств и экологии,

Таблица 1 Сравнительные характеристики предлагаемого и известных составов

соотношении ингредиентов, мас.%:

Глина

Полимерный стабилтор

Минеральное масло Триэтаноламин Жидкие кислоты жи кислот хлопкового соапстока Вода

Таблица Состав предлагаемой эмульсионной промывочной жидкости

Таблица 3

Сравнительные данные по выносной способности ЭТР