Способ получения структурообразователя буровых растворов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ путем модификации асбеста, о тли-, чающийся тем, что, с целью обеспечения возможности использования структурообразователя в полимерных на нефтяной основе и эмульсионных буровых растворах, модификацию осуидаствляют 0,5-5%-иым водным раствором соли поливалентного металла, выбранного из группы: алюминий, железо, хром, медь, цинк, причем Модификацию ведут в течение 5-20 ч.

..SU„„1022982 А

СОКИ СОВЕТСКИХ

СЭИЦУ

РЕСПУБЛИК зСЮ С 09 К 7 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1

I — ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ":.":: —::.::., 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” - —" (21) 3355463/23-03 (22} 23.11.81 (46) 15. 06.83. Бюл. 9 22 (72) О.К. АнГелопуло и В.Э. Аваков (71). Московский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой проеаишченности им. И.М. Губкина (53) 622.243.144.2(088.8) (56) 1. Патент Англии Ф 1412166, кл. Е 1 Р, опублик 1973.

2. Киспеер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов, М., "Недра", 1972, с. 391.

3-. Паус К.Ф. и др. Химия и технология мела. N, Стройиздат, 1977, с. 135.

4. Ангелопуло.О.К. и др Опыт применения гидрогеля с целочной асбестовой затравкой. Реферативная информация, сер. "Бурение газовых и морских нефтяных скважин". М., .ВНИНЭГазпром, 11 .09 .81 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНця СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ путем модификации асбеста, о т л и-, ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности использования структурообразователя в полимерных на нефтяной основе и эмульсионных буровых растворах, модификацию осуществляют 0,5-5%-ным водным раствором соли поливалентйого металла, выбранного из группы: алюминий, железо, хром, медь, цинк, причем модификацию ведут в течение

5-20 ч.

1022982

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к промывке ствола скважинй.

Известен способ обработки асбеста органическими солями титана и глиноземом с последующей фильтрацией и сушкой. Полученный таким образом асбест используется в пакерных жидкостях (1).

Однако назначение буровых раствюров другое, чем пакерных жидкос- 10 тей, и соответственно требования к асбесту разные. Кроме того, соли титана — черезвычайно вредный, экзотический и дефицитный материал, а глинозем не будет существенно акти-, 5 вировать поверхность асбеста, так как является инертным окислом.

Известен способ получения структурообразователя буровых растворов путем обработки. глин алифатическими аминами и применяются для структурирования буровых растворов на углеводородной основе (2).

Однако, имея приемлемую структуру, эти растворы обладают слишком большой вязкостью (до 100-150 мПа.с).

Кроме того, тонкодисперсная органофильная глина отрицательно влияет на коллекторские свойства продуктивного пласта.

Известен способ получения структурообразователя путем обработки минерального мела синтетическими жирными кислотами, который применяется для структурирования углеводородной фазы P3).

Недостатком этого структурообразователя является низкая структурирующая способность, что определяЕт высокий расход гидрофобного мела— до 20-30 вес.В. Буровой раствор 40 слишком загущается, повышается его удельный вес, увеличивается вязкость, падает глиноемкость раствора, что усложняет условия бурения и снижает эффективность промывки ствола скважины.

Известен способ получения структурообразователя буровых растворов на прием модификации асбеста $4).

Однако такой асбест рекомендован для структурирования минерализованных систем, где имеется высокая концентрация солей. В этом случае положительный эффект основан на свойстве асбеста набухать в концентрированных растворах щелочей, и за счет образования на поверхности асбеста бруситового слоя

Mg(OH), структура которого является эпитаксичной по отношению к образующимся гидроксидам магния, 60 которые формируются на поверхности асбеста при обработке раствора щелочью. Введение же подобным способом модифицированного асбеста в полимерные, эмульсионние и Раствори 65 на нефтяной основе не позволяет получить никакого положительного эффекта, а, наоборот, приводит к ухудшению свойств этих растворов вплоть до их расслоения (полимерные и эмульсионные) . Щелочной асбест в укаэанных системах дает только отрицательные результаты и, если при комнатной температуре растворы имеют приемлемые технологические параметры, то при 80ОС эмульсионные и полимерные растворы теряют стабильность и расслаиваютея, а у растворов на нефтяной основе увеличивается фильтрация (табл. 1).

Целью изобретения является обеспечение воэможности использования структурообразователя в полимерных на нефтяной основе и эмульсионных буровых растворах.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения структурообразователя буровых растворов путем модификации асбеста, в котором модификацию осуществляют

0,5-5%-ным водным раствором соли поливалентного металла, выбранного из группыг алюминий, железо, хром, медь, цинк, причем модификацию ведут 5-20 ч.

Способ осуществляют следующим образом.

Асбест заливают 0,5-5,0В-ным раствором соли (например, хлоридов, сульфатов, нитратов, укаэанных металлов) на 5-20 ч, после чего полученную суспензию вводят в буровой раствор.

За это время происходит взаимодействие ионов поливалентного ме талла с поверхностными группами асбеста, что сообщает волокнам минерала высокую сорбционную активность.

Кроме того, под воздействием кислых солей- происходит интенсивное вымывание малоактивных окислов (MgO, СаО) из асбеста, что увеличивает поверхность минерала — количество активных центров.

Уменьшение времени выдержки асбеста в водном растворе соли снижает эффективность указанных процессов, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на свойствах бурового раствора. В то же время более длительная обработка асбеста раствором соли нФ приводит к существенному улучшению свойств бурового раствора. Использовался асбест

5, 6 и 7 сортов (P-6-30, П-6-30, Р-5-30, К-6-30, 7-450 по

ГОСТ 12871-67 "Асбест Хризотиловый").

Свойства растворов, полученных на основе этих. асбестов, принципиально не отличаются.

При введении структурообразователя в нефтяной, эмульсионный или полимерный буровой раствор ионы ме1022982

Показатели свойств бурового раствора

Концентрация асбеста, обработанного

20%-ным раст вором щелочи

Тип бурового раствора

Раствор

ИПа" с. Па

На нефтяной основе (безводный) 87,0

4,0

0,20 0,20 0

3,0

132,9 4,8

24,0 3,5

35,0 4,0

9,0 6,0

15,0 18 0

3 Эмульсионный

5 Полимерный б таллов, закрепившиеся на поверхности асбеста, взаимодействуют с веществами, присутствующими в буровом растворе.

В растворах на нефтяной основе происходит взаимодействие растворенных .в углеводородйой фазе нафтенов, смол и других веществ с модифицированной поверхностью асбеста, обра-. зуя при этом прочную органоминеральную структуру. йктивированный ас- 10 бест позволяет применять его в эмульсионных буровых растворах, так как ионы металлов, закрепившихся на поверхности асбеста, образуют активные центы, которые химически взаимо- 5 действуют с поверхностно-активными веществами, растворенными в углеводородной фазе. Поверхность же асбеста приобретает при этом "мозаичность" — чередование гидрофобных и гидрофильных участков. Это позволяет эффективно стабилизировать эмульсию, снижая ее фильтруемость, и увеличивать структурные характерис-, тики ° В полимерных системах высокомолекулярное вещество гораздо сильнее связывается с поверхностью активированного асбеста, образуя более прочную полимер-минеральную структуру, которая не разрушается при увеличении минерализации и температуры.

В зависимости от требуемых свойств бурового раствора: определенной вязкости, стабильности, фильтруемости, структурных характе- Зз ристик — можно вводить различные количества модифицированного асбеста от 1 до 5 вес.%.

Пример, Приготовление структурообразователя. 40

В 100 r воды размешивают 5 г сернокислого железа, полученным раствором заливают 25 г асбеста и .оставляют на 20 ч. Через указанное,,время асбестовую суспензию вводят в буровой раствор.

Буровой раствор, включающий, вес.%: высокоокисленный битум 15, окисленный петролатум 1, дизельное топливо — остальное (образец 1), вводят 2 вес.% асбеста (образец 2) и 2 вес.% асбеста, предварительно обработанного раствором соли поливалентного металла.

В табл. 2 представлены показатели свойств бурового раствора на нефтяной основе.

В буровой эмульсионный раствор, включающий, вес ° %: дизельное топливо 48,5, 10%-ный раствор СаСЮд 50, окисленный петролатум 1,5, каустическая сода 0,3 (образец 1),вводят

2 вес.% асбеста (образец 2) и 2 вес.% асбеста, предварительно обработанного раствором соли поливалентного металла. Результаты представлены в табл. 3.

В буровой раствор, включающий

0,25 вес.% гидролизованного поликриламида (ГПАА), 0,25 вес.% карбоксиметилцеллюлозы (КИЦ-600), 0,1% каустической соды, 10% NaCX, вода— остальное (образец 9 1), вводят

2 вес.% асбеста (образец Р 2) и.

2 вес.% асбеста, предварительно обработанного раствором, соли поливалентного металла. Результаты представлены в табл. 4.

Как видно из представленных данных, данный способ получения структурообраэователя позволяет использовать асбест во всех видах буровых растворов ° При этом улучшаются структуро-механические характеристики, снижается вязкость, расход реагентов, снижается фильтруемость раствора, особенно при высоких темпера гурах.-, Указанные преимущества позволяют существенно улучшить техникоэкономические показатели. Таблица 1

rlOo

@„е„ .Па Па см см

0,35 0,50 0 6,0

0 35 0 40 4 оо

0,70 0,80 б а

0,40 0,50 14,0 ьо

0,60 0,70 15,0 оо

1022982,Таблица 2

Показатели свойств бурового раствора на нефтяной основе

СтруктурообразовательЧ Q Qgo ego кг/м мПа; с Па Па Па см

Образец

120 2,8 0,2 0,2 О

920

925

52,0 3,6 0,30 0,55 О

2% асбеста

40,0 3,0 О,30 0,60 О

925

36,0 3,5 0,80 1,2

930

38,0

4,0 1,а 1,5 О

930

3 6 0,30 0,50 О

925

42,0

40,0 4,2 0,8 1 0 О

935

45,0 5,0 1,5 2,6 О

935

935

16 асбеста + Ç,ОВ-ный

Ре$04

930

52,0 3,0 0,2 0,25 О

3,2 0 45 0,78 0

41,0

40,0 З,З 0 45 0,70 О

925

3,0 0.,38 0,50 О

36„0

34 ° О 3,4 0,45 0,72 О

930

36 О . Э 2 О 50 О 84 О

930

2% асбеста + 3,0%-ный

FeS04 (время выдержки5 ч) 930

36,0 3,5 0,80 1,2

2% асбеста + 3, ОЪ-ный

FeS04 (время выдержки

ZO ч) 930

38 0 3 5 0,80 1,2

2% асбеста + 3,0%-ный

FeSO4(вРемя выдержки

2 ч) 930

32,0 3,7 0,50 0,6 - О

2%. асбеста + Ç,ОФ-ный

Ре$04(время выдержки—

24 ч) 930

38,0 3,5 0,85 1,2 О

2% асбеста + 0,5%-ный

FeS04

2В асбеста + З,ОВ-ный

FeS04

2% асбеста + 5,0 ный

Ре$04

2% асбеста + 0,2-ный

Ре$0 2% асбеста + 7,0%-ный

FeSO4

4% асбеста + 3,0%-ный

Р е$04

5% асбеста + З,ОЪ-ный

Ре$04

2% асбеста + 3,0%-ный

Ре ($04 }

2Ъ асбеста + 3,0%-ный м се., 2Ъ асбеста + 4,0%-ный

CrC3,>

2% асбеста + 5,0%-ный

СиС2

2% асбеста + 5,0%-ный

ZuC2

48,0 5,2 2,0 2,6 О

1022982

Таблица 3

Показатели свойств эмульсионного бурового раствора

Структурообраэователь

") р 6 å щ Фрс- Ф fo кг/м мПа. с Па P.а Па см> см

960 20,0 3,6 О

18,0

2% асбеста

Раствор расслаивается

0,5 -ный

3,2 0,65 0,80

22,0

10,0

6,0

3, 0% -ный

3i0

965 28,0 3,4 0,80 1,00 1,0

5,0%-ный

965 10,0 3,6 0,80 1,10 1,0

3,2

0,2%-ный

960 32,0 3,0 0,40 0,50 15,0 18,0

6 1

7 0%-ный

2% асбеста

FeS0

970 .35 0

3,0%-ный

970 42,0

3,0%-ный

5% асбеста +

FeSO, 1,0

2,0

4i0 1,0. 1,3

45,0

960

3 0%-ный 10

5,0

3,1 0,60 0,70 3,0

21,0

3,0%-ный

3,5

3,6 0,80 1,30 2,0

30,0

960

3,0%-ный

960

2% асбеста +

AICI

Зг5 Oi80 1i30 2i5

3,5

31,0

4,0%-ный

960 33,0 3,0 0,60 0 85 2,0 3,0

5,0%-ный

965 30,0 3,5 0,7 0,90 2,0 3 5

5,0%-ный

2,5 3,8

965 !

3,2 0,6

28,0

965

3,5

3,2 0,80 1,00 1,0

28,0

3,0%-ный выдерж17

965 29,0 3,4 0,90 1,05 1,0 3,0

3,0%-ный выдерж3,2 0,60 0,80 2,0

5,5

25,0

3р1% ный выдержки965

3,0

3,5 0,90 1,10 1,0 29, О

Образец

2% асбеста +

Ре$®

2% асбеста +

Fe SO<

2% асбеста +

Fe $04

2% асбеста +

Р6$04

4% асбеста +

Ре$04

1% асбеста +

2% асбеста +

Fe<($О4)Э

2% асбеста +

2% асбеста +

CuCI г

2% асбеста +

ZuCI

2% асбеста +

Ре$04 (apeMa ки- 5ч) 2% асбеста +

FeSO4 (время ки — 20 ч) 2% асбеста +

Ре$04 (время ки — 2 ч) 2% асбеста +

FeSO (время

24 ч) 3,0%-ный выдерж3,8 0,50 0,80 4,0 7,0

4,0 1,0 1,2- 1,0 3,0

1022982

Таблица-4

Структурообразователь фВ см рН ф с кг/м мПа-.с Па

1010 3 0 60

2% асбеста

9,50

0,5В-ный

1015 8,0 20,0 0,6 0,8 22

2% асбеста +

FeSO4

31 9,00

З,ОЪ-ный

2% асбеста +

Ре$04

5,0%-ный

1020 4 0 10 0 0 7 1 0

2% асбеста +

FeSO

10 0 14,0 6,80

0,2%-ный

2% асбеста +

Ре$04

1015

5,0

15;О 0,2 0,3

32,0 45,0 9,1

7, Ож- ный

6,0

3 0%-ный

10,0 14 0 7,6

5% асбеста +

FeSO4

3,0%-ный

1030 11,0 30,0

1ю5 10,0 12,0 7,6 в

1,0

1% асбеста +

Ре$04

З,ОВ-ный

1015 4, О

6,0

3,0%-ный

2Ъ асбеста +

Fe (SO4) 8,0 13 0 7,2

2% асбеста +

З,ОЪ-ный

4,0%-ный

1020

2% асбеста +

5,0%-ный

1020 10,0 20,0

10,0 15,0 7,6

0,6 . 0 7

5,0%-ный

2% асбеста + Ç,ОВ-ный

FeSO4 (время выдержки — 7 ч) Заве-ный выдерж18

3,0%-ный выдерж0,9 15,0 20,0 7,2

1020 9,0 20 0 0,6

3,0%-.ный выдерж9,5 0,8 1,2

1020

7,0

10,0 14,0 7,5

ВНИИПИ Заказ 4153/16 Тираж 639 Подписное Филиал ППП "Патент", г. ужгород„ ул. Проектная, 4

Об- разец

2% асбеста +

Ре$0

4% асбеста +

Fe $04

2Ъ асбеста +

CuCI

Х /

2% асбеста +

ZuCI

2% асбеста +

FeSO4 (время ки — 20 ч) 2% асбеста +

Ре$0 (время ки - 2 ч) 2В асбеста +

FeS04 (speMs ки — 24 ч) Показатели свойств бурового раствора

" :. "! (О О со 9,55

1015 9,0 21,0 0,5 0,6

1020 6;5 8>0 0,8 1,2 10 0 16 0 7 5

1025 Раствор сфлокулировал

1030, 11,0 28,0 0,9 1,5

0,1 0,2 23,0 28,0 7,5

1020 7,0 22,0 0,8 1,0

1020 9,0 20,0 0,7 1,0 9,0 19,0 7,3

10,0 21,0 0,6 0,9 11,0 15,0 7,6

1020 8 0 18,0 0,4 0,6 10,0 16,0 7,8

1020 6,5 80 0,7 1,2 10,0 15,0 7,7

1020 7,0 9,5 0,85 1,2 10,0 14,0 7,5