Способ приготовления утяжелителя для буровых растворов

 

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ УТЯЖЕЛИТЕЛЯ ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ на основе оксида железа

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

»»»»

РЕСПУБЛИК

3 5@ С 09 К 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Ilo делАм изоБРетений и ОткРытий (21.) 3335933/23-03 (22) 31.08.81 (46) 23.03.83..Бюл. 9 11 (72) A.È.Áóëàòoâ, П.В.Залюбовский, В.П.Луковников, В.А.Мосин, М.В.Ро- . гожина и С.А.Рябоконь (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам (53) 622.243..144.2(088.8) (56) 1. Патент США У 1575944, кл. 252-85, опублик. 1923.,Я0„„1006468 А

2, Справочник инженера по бурению. Под ред. Мищевич В.И. "Недра", 1973, с. 342 (прототип) . (54)(.57) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ УТЯЖЕЛИТЕЛЯ ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ на основе оксида железа (Х1, TII) путем

его измельчения, о т л и ч а в щ и йс я тем, что, с целью сохранения . структурно-реологических свойств буровых растворов путем снижения ферромагнитных свойств утяжелителя; измельчение производят до удельной поверхности 0,3-0,5 м /г.

1006468

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для получения утяжелителя оуровых растворов, в том числе специальных видов утяжелителей (утяжелитель-нейтралиэатор сероводорода, утяжелитель для сверхтяжелых буровых растворов).

Известно применение в качестве утяжелителей буровых растворов измельченного оксида железа Fe Q> 13.

Известен способ получения утяжелителя на основе .оксида железа(12, Х1Ц путем его измельчения. Измельчение концентрата IIpoH3BoIIHT до удельной поверхности. 0,1700 м /г остаток на 15

z. сите 90 мкм 4,8Ъ1. Железистые утяжелители имеют преимущество перед другими известными утяжелителями, так как обладают высокой плотностью (4, 5-5 > 0 г/смз) 2 j.

20 недостатками железистых утяжелителей являются высокая абразивность, наличие ферромагнитных свойств и седиментальная неустойчивость„

Высокая абразивность железистых утяжелителей объясняется их высокой твердостью (5,5-6,5 по шкале Мооса), острогранной формой и относительно большой массой частиц. Ферромагнитные свойства магнетитовых утяжелителей вызывают ряд осложнений в буровых растворах (эагущение, налипание на бурильный инструмент и т.д.), Так как магнетит имеет высокую плотность(4,5-5,0 г/см его крупные частицы седиментационно неустойчивы и могут выпадать из бурового раство,ра в скважине и циркуляционной системе. Все эти факторы вызывают как осложнения при бурении скважин (эрозионный износ бурильных и обсадных 4О труб, прихваты бурильного инструмента), так и перерасход материалов.

Цель изобретения — сохранение структурно-реологических сВоАсТВ буровых растворов за счет снижения ферромагнитных свойств утяжелителя., Поставлнная цель достигается способом приготовления утяжелителя для буровых растворов на основе окси. да железа (II, III) путем его измельчения,согласно которому иэмельчение производят до удельной поверхности 0,3-0,5 м /г, Магнетит обладает одной особенностью: при тонком измельчении до определенного предела его загущающая способность по отношению к буровым растворам практически не увеличивается. Это объясняется тем, что при уменьшении размера .частиц ферромагнетика (магнетита), уменьшается ЬО вклад магнитной составляющей в силы взаимодействия между частицами.

Магнитные силы притяжения при больших размерах частиц (10-90 мкм) существенно снижают потенциальный барьер отталкивания и вызываю;

"магнитную коагуляцию" дисперсий магнетита. Этим объясняется эагущение буровых растворов при использовании магнетитовых утяжелителей обычного помола (удельная поверхность

0,11-0,17 м /г). При увеличении дисперсности магнетита вклад магнитной силы притяжения в силы взаимодействия между .частицами уменьшается, что способствует снижению уровня коагуляции и структурообраэования в буровом растворе. Уменьшение магнитных сил взаимодействия компенсирует рост удельной поверхности магнетита.(количества связанной воды)и рост числа частиц в дисперсии.

Поэтому при увеличении стеиени измельчения магнетита до определенного предела не наблюдается увеличение его загущающей способности.

При этом уменьшаются размеры частиц магнетита (в среднем до 3-5 мкм), что способствует достижению поставленной цели: снижению абразивных и ферромагнитных свойств, повышению седиментационной устойчивости. Увеличение удельной поверхности магнетита может быть использовано при применении его в качестве нейтрализатора сероводорода.

Пример 1. Методика получения образцов утяжелителей с различ1 ной удельной поверхностью. В качестве исходных материалов взяты магнетитовый концентрат Лебединского

ГОКа (удельная .поверхность 0,127 м /г) и дробленная баритовая руда Войшорс-,: кого месторождения. Образцы магнетитового и баритового утяжелителей изготовили путем помола в шаровой мельнице МЕЛ конструкции Гипроцемента при различном времени пребывания в ней материала. Удельную поверхность замеряли методом воздухопроницаемости на приборе ПСХ-2.

Физико-химические показатели полученных образцов приведены в табл.1.

Пример 2. С целью оценки влияния измельчения утяжелителя (в сравнении с баритом) на структурно-реологические показатели бурового раствора, исходный буровой раствор состава: КМЦ-85/600 0,35 вес.Ъ; окзил 0,5 вес.Ъ; глина бентонитовая саригюхская 3 об.Ъ, вода остальное, утяжеляли баритом и магнетитом различной дисперсности в количествах 10, 20 об.Ъ и более до достижения максимальных измеримых реологических покаэателй. Измерения реологических показателей параметров (предельное динамическое напряжение сдвига Го предельное статическое напряжение сдвига за 1 мин 8q и 10 мин 8,, пластическая вязкость, проводили на

1006468

Материал г/см

Удельная поверхность по

ПСХ-2 м /r

Остаток на сите

90 мкм, %

Ва504 Fe 04 А1 0 Si 0 Са0

Магнетитовый концентрат

ЛГОКа

95,6 0,38

0,127 11,8

0,252 2,5

2,42

4,96 0,300

0,5

0,500

0,555

0,1

0,0

Молотый барит

Войшор.ского место рождения

95,3 — 0,16 1,02

2,1

0,131 12,0

4,38 0,502

0,15 ротационном вискоэиметре ВСН-3. Условную вязкость Т измеряли с помощью воронки СПВ-5. Полученные результаты приведены в табл.2.

Как видно из табл.2, измельчение утяжелителя практически не влияет на реологические свойства бурового раствора в отличие от барита. Увели . чение статического напряжения сдвига хотя и происходит, но незначитель. но..В то же время наблюдается неболь- 10 шое снижение пластической вязкости, условная вязкость практически не изменится. Лишь при удельной поверхности 0,55 м /г начинает проявляться влияние измельчения на реологические свойства бурового раствора.

Таким образом, измельчение магнетита по удельной поверхности 0,5 м /г практически не влияют в отличие от барита на реологические свойства буровых растворов.

Пример 3. Абразивные свойства образцов магнетита определяли по изменению массы специального стального кольца, укрепленного на,валу лабораторной мешалки (частота вращения мешалки 8000 об/мин, время 4 ч ) и характеризовали их коэффициентом относительной абраэивности где Р и Р— масса стального кольца соответственно до и после испытания. Я

Испытания проводились- в среде водной суспензии с различным содержанием утяжелителей.

Результаты испытаний образцов магнетита с различной удельной поверхностью представлены в табл.3. и 4.

Абразивность магнетитовых утяжелителей сравнивалась с абраэивностью баритового, который наименее абразивен.

Из таблиц видно, что абраэивность " магнетита снижается по мере его измельчения и при удельной поверхности 0,300 м /г по величине сравнивается с абразивностью баритового . утяжелителя. Дальнейшее измельче-. ние (до 0,5.м /г) при сохранении структурно-реологических показателей бурового раствора снижает абраэивность в 4-5 раэ.

Таким образом, оптимальной обласTblo измельчения магнетита является (0,3-0,5 м /г по удельной поверхности), так как дальнейшее иэмельчение хотя и снижает абразивность, но при этом возрастают структурно-реологические показатели.

Э

Предлагаемый способ получения магнетитового утяжелителя способствует повышению технико-экономических показателей бурения за счет уменьшения износа бурового оборудования и инструмента, уменьшения аварийности, увеличения коммерческой скорости бурения. При этом открываются воэможности для получения качественных утяжелителей высокой плотности (до 5 г/м9).

Таблица 1

Химический состав, Ъ

1006468

Параметры баритового раствора

Удельная поверхность по

ПСХ-2 м /r

Объемная концентрация, ф

Утяжелитель в

Па

Магнетитовый концентрат

ЛГОКа

32,6

38

О, 127

120

25

165

107

325

237

33

42

81

0,252

136

188

25

260

350

33

90

153

20

198

142

0,300

270

360

108

162

225

0,5

20, 315

260

315

370

30,5

150

291

210

0 555

80

25 н.и. н.и

Варит

Войшорский

0,1310 20

20 60

25 75

35 150

5g 180

20 150

20 135

-30 270

36

45,5 88

107 210

32,5 65

122,6 146

40

10

0,5000 20

234

293

T> с g op с 3 Па

30 45

35 90

40 180

56 300

25 53

32 99

35 189

43 333

27 60

38 105

40 195

48 350

22 93

25 210

30 300

35 420

25 120

30 270

40 н.и.

Таблица 2

1006468

Таблица 3

«б

Утюкелитель

Абразивность при содериании Утяжелнтелей в оуспензни, об.% 10 З

5 10 15

20 25

Магнетитовый концентрат

0,127

20

32,0 39,0

0,252

14,8

23,2

10,2

ЛГОКа

8., 3

1 6, 7

25, 3

3,3

30,0

4,03 . 6,83

0,8

1,65

2,32

1,52

0,1

1,02

0 35

0,65

Варит Войшорский

0,131

0,7

13i3

20,0

27 ° 5 35 0

Та-блица 4

В» «»»» МВ

Остатки на ситах, Ф

Утяиелитель

90 мкм, 170 меш

50 мкм, 270 меш

74 мкм, 200 меш

6 8.10

0,1 1,5 11 0

0,50

34510 х х 10-6

30 10

0,5 2,1 * 14,0 0,30

42730 х х 10

120 10-

0,17

89468 x х 10 +

4,8 6,5 22,0

Цегнетитовый концентрат (ТУ 39-035-74) Не более

ВККИПК Заказ 2047/40 Тир»аи 637 Подписное

««« g g» «««« ° ««»»»»»

Фйлиал ППП Патент, r.Ó»ãîðîä, Ул, Проектная, 4

Магнетитовый кон центрат

ЛГОКа (измель-. ченный) МагнетизитоВый концентрат

JlFOKa (измельченный) Mar нетитовый концентрат

ЛГОЕа (исхсщный) Удельная поверхность по

ПСХ-2, м /г

0,300

0,500

0,555

Удель-. ная поверхность на ПСХ-2, м /r

Удельная магнитная воспринмчивость х,.см /г (H = 1000 эр

Относительна»абразивность при содериании утяиелителя 25 об.Ъ