Способ предупреждения растворения горных пород минерализованной промывочной жидкостью Советский патент 1982 года по МПК C09K7/00 

(5) СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ РАСТВОРЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ПРОМЫВОЧНОЙ

I

Изобретение относится к способам предупреждения растворения горных пород минерализованной промывочной жидкостью при бурении скважин на нефть и соли.

Известен способ предупреждения кавернообразоваиия при бурении разведочных скважин в отложениях .солевого комплекса, включающий доведение промывочной жидкости до перенасыщения, которое контролируют по присутствию кристаллов соли в промывочной жидкости D.

Однако при этом способе перенасыщенная промывочная жидкость оказывает абразивное действие на буровое оборудование. Кроме того, этот способ не исключает возможности зашламования скважины в результате выпадения в осадок соли из перенасыщенного раствора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предупреждения растворения горных пород минераЖИДКОСТЬЮ

лизованной промывочной жидкостью при бурении разведочных скважин, включающий определение отклонэния концентрации промывочной жидкости до насыщения.

Способ включает определение отклонения концентрации соли в ми||1ерализованной промывочной жидкости от насыщающей путем измерения плотности, а затем последующее доведе10ние промывочной жидкости до насыщения Г2.

Однако этот способ малоэффективен. Насыщенный раствор одной соли, не предупреждает растворение

15 в. нем другой соли. Вследствие этого насыщенная, контролируемая по плотности, промывочная жидкость, используемая при этом способе, не исключает возможности растворения в ней

20 солей, составляющих проходимую горную породу при бурении.

Цель изобретения - повышение эффективности способа. Поставленная цель достигается тем, что на сливной магистрали из скважины устанавливают эталонный образец соли, сосуавляющий проходи мую горную породу, определяют поте рю его массы, а отклонение концент рации промывочной жидкости определяют расчетным путем. На сливной магистрали устанавли вают эталонный образец соли, составляющей проходимую горную породу определяют потерю массы, а отклонение концентрации промывочной жидкости рассчитывают по формуле 1 dx KS dt где дС - отклонение .концентрации промывочной жидкости от н сыщенной ; постоянная скорости растворения соли; площадь поверхности раств рения эталонного образца соли; потеря массы эталонного о разца соли за время, О растворении горных пород на забое скважины за счет растворения одной из солей, слага(ощих проходимую породу, судят по расГворееиию эталонного образца этой соли, которое описывается уравнением ДС V . dx KS dt где дС CH - Сх, где Си - концентрация насыщения сол в промывочной жидкости; концентрация соли в промывочной жидкости; коэффициент скорости растворения соли; лощадь растворения эталонного образца соли; потеря массы образца соли за время. Эталонный образец формируется из соли одного химического состава, на пример только из КСЕ или только из Na С6. Для определения недонасыщенности промывочной жидкости по КС2, на сливную магистраль бурового насоса устанавливают эталонный образец, изготовленный только из КСЕ, соответственно для определения недо насыщенности промывочной жидкости по NaCC устанавливают .эталонный образец NaCC и т.п. Таким образом, 44 данный способ позволяет определять i недонасыщенностЬ промывочной жидкости по отдельным компонентам, слагающим горную породу. На чертеже представлено устройство для. реализации предлагаемого способа. Способ осуществляется следующим образом. Эталонный образец 1 соли, имеющий форму цилиндра, торцы которого покрыты нерастворимым в воде составом, помещают в промывочный стакан 2 и с торцов зажимают винтами 3, установленными в крышках 4; Промывочный стакан 2 с образцом 1 устанавливают в корпусе 5. Затем устройство с эталонным образцом 1 вставляют патрубком 6 корпуса 5 в шланг сливной магистрали бурового насоса. Включают буровой насос на время dt. Во время прокачивания промывочной жидкости через скважину измеряют ее температуру, плотность и относительную вязкость. Кроме того, отбирают пробу промывочной жидкости и измеряют плотность фильтрата промывочной жидкости. Через время dt насос выключают. Эталонный образец 1 соли извлекают из промывочного стакана 2, взвешивают и измеряют его радиус. Рассчитывают потерю массы образца по формуле dx X - X а, где dx - потеря веса образца соли; X-J - масса образца соли до растворения;XQ - масса образца соли после растворения. Рассчитывают средний диаметр образца на интервале растворения Гх, - -J JTHS где DCP - средний диаметр образца соли на интервале растворения;Н - высота образца соли; р - плотность материала образца соли. Затем рассчитывают среднюю площадь поверхности растворения образца соли на интервале растворения S ср Jf Dcp-H, где S ср - средняя площадь поверхности растворения эталонного образца соли. Далее рассчитывают среднюю скорость потока бурового раствора на интервале растворения по формуле 0.6 + Q Л (D - Djp ) где Vpp - средняя скорость потока промывочной жидкости на интервале растворения; D - внутренний диаметр промы вочного стакана; Q - производительность насос Значения коэффициента скорости растворения соли К в зависимости скорости потока определяют по эмпе рическим зависимостям, полученным лабораторных условиях. Температурную поправку к коэффи циенту скорости растворения соли рассчитывают по формуле К-, o,o4t°,, - 10°), где температурная поправка к коэффициенту скорости рас ворения соли; MiM температура промывочной ЖИДКОСТИ. Затем рассчитывают разность пло ностей промывочной жидкости и ее фильтрата где дз - разность плотностей про мывочной жидкости и ее фильтрата; JJ. - плотность промывочной жидкости; плотность фильтрата про мывочной жидкости. Значения содержания твердой фазы в промывочной жидкости в зависи мости от величины AJ определяют по экспериментальным зависимостям полученным в лабораторных условиях Затем рассчитывают поправку на вязкость и содержание твердой фазы в промывочной жидкости по формуле К - 15 Kg.- , ). где Т - вязкость промывочной жидкости;. Kft - поправка на вязкость и сод жание твердой фазы в промы вочной жидкости. Значения коэффициента скорости растворения К расчитывается по фо муле К KCi - Kx.j-Kg Отклонение концентрации соли в промывочной жидкости от насыщающей рассчитывают по следующей формуле ДС . K-Scpdt где dt - время растворения, К КО + K,).Kfe . Пример. При бурении геологоразведочных скважин в породах, содержащих галит и сильвинит (NaCl и КС1), применяется промывочная жидкость на водной основе, насыщенная по NrCl и КС1, обработанная глинопорошком и стабилизированная модифицированным крахмалом. Для предупреждения растворения сильвинита берут эталонный образец калийной соли цилиндрической формы, изготовленный из калийного концентрата технического 2 сорта ГОСТ 4568-7+ . Торцы образца покрыты нерастворимым в воде составом - клеем БФ. Масса образца X J 180 г, высота образца Н 7,9 см, а плотность материала образца хлористого-калия р 2,0 г/см . Образец 1 помещают в промывочной стакан 2 и фиксируют зажимными винтами 3. Затем стакан 2 с эталонным образцом 1 устанавливают в корпусе 5. Устройство с эталонным образцом 1 вставляют патрубком 6 корпуса 5 в шланг сливной магистрали бурового насоса. Включают буровой насос на dt 30 мин. с производительностью Q 20 л/мин, устанавливаемой с помощью емкости и секундомера. Во время прокачивания промывочной жидкости через устройство с эталонным образцом отбирают npoRy промывочной жидкости и с помощью термометра, ареометра АГ-3; воронки СПВ-5 из копмлекта лаборатории качества глинистых растворов ЛГР-3 определяют температуру t ность j и относительную вязкость Т промывочной жидкости.. , j,1,31 г/см, с Кроме того, измеряют также плотность фильтрата промывочной жидкости 1 ,23 г/см. По истечении 30 мин насос выключают. Эталонный образец извлекают из промывочного стакана 2 и взвешивают xq 120 г. Измеряют также внутренний диаметр промывочного стакана D ,2 см. Рассчитывают потерю массы образ d х X .1- X 0 50 г Рассчитывают средний диаметр образца на интервале растворенияНх.-.| З, (см) Рассчитывают среднюю площадь по верхности растворения образца соли на.интервале растворения SCP 1 DCP-H Btt,6 см Рассчитывают .среднюю скорость потока бурового раствора на интервале растворения 0,67-Q VCP -/-- 0.71 (м/с) JTCD - Dug) Значения коэффициента скорости растворения силй Ъ зависимости от скорости потока бурового раствора приведены в табл.1. Таблица 1

К , см/мин0,6

О., 0,2 при t

Значения К получены при растворении эталонных образцов КС1 в лабораторных условиях чистыми растворами солей КС1 и NaCl с известными концентрациями, исходя из основного уравнения кинетики растворения соА

1

йС

dt

KS

Для данного бурового раствора К 0,S см/мин. Затем определя1 т темСредняя плотность глины 2,3 r/CNn Табл. 2 составлена на основании опытных данных для промывочных жидкостей с содержанием NaCl и КС1 близких к насыщающим.

Aj 5%

Рассчитывают поправку к коэффициенту скорости растворения соли на отклоение вязкости и содержание твердой фазы в промывочной жидкости от табличных

15

0,6

Ко

А1

Т(1

100

Рассчитывают значение коэффициента скорости растворения

пературную поправку к коэффициенту скорости растворения

К 0,04tM3M- 10) 0.2 Определяют разность плотностей промывочной жидкости и ее фильтрата по формуле

uj JIT- JCP 008 (2/см )

По taбл.2 находят содержание твердой фазы AJ в промывочной жидкости в процентах.

Таблица2

К КЧ1 ) Kg 0,36 Определяют отклонение концентрации соли КС1 в промывочной жидкости от насыщенной

..-, d X10 I-/: /- / ч дС 56 (кг/м )

К- S ср- dt

При изменении условия, процесса растворения (например, при повышении температуры) в уравнении

Ах

KS(C - GX). Изменится веdt

К, (С - Сх), т.е. личика

dt

скорость растворения соли, коэффициент скорости растворения и величина недонасыщенности, последняя из-. менится за счет изменения концентрации насыщения данной соли С (текущая концентрация соли Сх остается той же, что и раньше, и соответствует средней концентрации этой соли в объеме промывочной жидкости, прошедшей через кассету с эталонным образцом). Фиксируя величину (потерю массы образца) непосредствен ным инструментальным замером и распо лагая табличными значениями коэффициента скорости растворения для различных солей (в примере для соли КС1 и эмпирическими поправочными коэффициентами (в данном примере поправочным коэффициентом на изменение коэффициента скорости растворения при нагреве потока растворителя), можно вычислить непосредственно величину С - Сх ЛС при данной (повышенной) температуре. Способ предупреждения растворения горных пород минерализованной про- . мывочной жидкостью при бурении геологоразведочных скважин по сравнению с известными способами позволяет довести промывочную жидкость до состояния насыщения, предупреждающего растворение в ней соли (солей), слагающей проходимую при бурении гор ную породу. При этом повышается ка чество керна продуктивного горизонта в соленосных отложениях и снижается кавернообразование. 9 410 При использовании данного способа снижается аварийность буровых работ, вызванная кавернообразованием и выпадением избытка соли минерализованной промывочной жидкости в осадок. Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа в Старобинской поисково-разведочной партии Белорусской геологоразведочной экспедиции при ведении буровых работ на калийные соли 13б7 РУб. ежегодно. Формула изобретения Способ предупреждения растворения горных пород минерализованной промывочной жидкостью при бурении, включающий определение отклонения концентрации промывочной жидкости до насыщения, отличаЮ1ций- с я тем, что, с целью повышения эффективности -способа, на сливе из скважины устанавливают эталонный образец соли, составляющий проходимую горную породу, определяют потерю его массы, а отклонение концентрации промывочной жидкости определяют расчетным путем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнения в бурении. М., Недра, 1977, с. 226. 2.Кравец С.Г. и др. Бурение глубоких скважин в подсолевых и солевых отложениях. М., Недра, 1979, с. 173 (прототип).

f