Пеногаситель для буровых растворов

 

ПЕНОГАСИТЕЛЬ ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содержащий гидрофобизованяый мелкодисперсный наполнитель и углеводородную фазу, отличающийся тем, что, с целЬю повышения пеногасящего эффекта при тем- . пературах до , в качестве гидрофобизованного мелкодисперсного наполнителя пеногаситель содержит базальтовое волокно или стеклянное волокно , или каолиновое волокно, или асбестовое волокно с привитыми на поверхности кремнийорганическими радикалами формулы Н-0иы п. (Л где п 3-1б; R Н ; ,; , при следующем соотношении компонентов i мас.%: Волокнистый наполнитель8-13 Углеводородная фаза 37 - 92

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„БО„„А

3(59 С 09 К 7 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-Н - i-0 !. и., R

H-О- -Si-0 !

014ó.

si-pij

В»

I

Si-ßì !

R) где n>l; и; — 3-16; Н, =Н,; при следующем соотношени тов, мас.В:

Волокнистый наполнитель

Углеводородная фаза

R-СН з, С Н < и компонен8- 13

87 — 92

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2Ц 3483004/23-03 (22} 06.08.82 (46) 23. 03. 84. Бюл. М 11 (72) A.A.×óéêo, Г.Е.Павлик, В.В.Ста. вицкий, A.Ä.Áo÷ìàíoâ, И.Б.Хейфец и В.И.Токунов (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физической химии им. Л.В.Писаржевского (53} 622.243.144.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 645956, кл. С 09 К 7/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 854020, кл. С 09 К 7/00, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

М 1003530, кл. С 09 К 7/06, 1982 (прототип1. (54) (57) ПЕНОГАСИТЕЛЬ ДЛЯ БУРОВЫХ

РАСТВОРОВ, содержащий гидрофобизованный мелкодисперсный наполнитель и углеводородную фазу, о т л и ч аю шийся тем, что, с целйю повышения пеногасящего эффекта при тем- . пературах до 550 С, в качестве гидо рофобизованного мелкодисперсного наполнителя пеногаситель содержит базальтовое волокно или стеклянное волокно, или каолиновое волокно, или асбестовое волокно с привитыми на поверхности кремнийорганическими радикалами формулы

1081195

5Ъ O > с привитыми на поверхности кремнийорганическими радикалами вида

Изобретение относится к нефтянои и газовой отраслям промышленности и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин, в частности при обработке буровых растворов, 5

Известен пеногаситель для бурового раствора, содержащий дизельное топливо или керосин, а в качестве мелкодисперсного наполнителя SiO аэросил, белую сажу или их смесь.

Наличие в буровом растворе аэросила или белой сажи способствует тому что их частицы хорошо адсорбируют даже самые мелкие глобулы воздуха, а большая удельная поверхность мелкодисперсных частиц обеспечивает,их низкий расход, энергичную флотацию, а следовательно, и пеногашение 1) .

Однако поверхность глелкодисперсных частиц не обладает гидрофобными 20

Свойствами и гидрофобизуется лишь частично при суспензировании в углеводородной фазе. Как следствие, эффективность такого пеногасителя низка и зависит от многих внешних фак-- 25 торов (температуры, давления, характера обработки бурового раствора и др.) .

Известен также пеногаситель для бурового раствора, включающий соля- 3Q ровсе масло с добавкой органоаэросила (метилаэросила), содержащего на поверхности химически связанные полимерные кремнийорганические радикалы вида 35

3.

--Я-ЛН

1 л-1; Н, =Н, Б=СН, С2Н .

Эти гидрофобные высокодисперсные окислы представляют собой непористые порошки с размером частиц 400

4000 нм, сферическая поверхность которых покрыта сплошной гидрофобной и инертной пленкой (3$ .

Однако в наиболее сложных геологических условиях (большие глубины

5-10 км, неустойчивые породы, аномальные пластовые давления 50-150 МПа высокие пластовые температуры 250550с С и др.) происходит разрушение гидрофобного покрова, что приводит к пенообразованию.

Целью изобретения является повышение пеногасящего эффекта при температурах до 550 С.

Поставленная цель достигается тем, что пеногаситель для буровых растворов, содержащий гидрофобизованный мелкодисперсный наполнитель и углеводородную фазу, в качестве гидрофобизованного мелкодисперсного наполнителя пеногаситель содержит базальтовое волокно или стеклянное волокно, или каолиновое волокно, или асбестовое волокно с привитыми на поверхности кремнийорганическими радикалами формулы

СН

-5с-D !

СН-, K K

Si-0 ии -Я-ИН аи

1 40

Известный пеногаситель обладает достаточно эффективным пеногасящим действием в диапазоне тем ератур (-40 )(+100) С. Гидрофобность метилаэросила (органоаэросила) обеспечивается наличием на его поверхности кремнии45 органических радикалов и частично соляровым маслом (2) .

Б.

l — -Si- Яи

Е где n 1; и< =3-16; R<— - Н; R=C1 > ..,,С Н., при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Волокнистые материалы 8 — 13 углеводородная фаза 87 — 92

Однако кремнийорганические радикалы не образуют на поверхности метилаэросила сплошной гидрофобной и инертной пленки и поэтому при повышении температуры выше 100 С, солевой агрессии и изменениях рН бурового раствора происходит медленное скис- 55 ление органического покрова, что приводит к пенообразованrro..

Гидрофобный волокнистый наполнитель получают обработкой поверхности исходного волокна (базальтового, каолинового, стеклянного-, асбестового) кремнийорганическими соединениями либо в парах при непосредственном контакте реагирующих продуктов, либо в жидкой фазе в среде инертного растворителя (четыреххлористого углерода, бензола, толуола, Наиболее близким к изобретению является пеногаситель для буровых раст-gg воров, содержащий углеводородную фазу и мелкодисперсный гидрофобизованнйй наполнитель, представляющий собой один из высокодисперсных окислов, выбранный из группы 5 0, Т О,АР 0з 6>

1081195 гексана и др.) . Продолжительность процесса 1-4 ч.

Пример 1. 250 г неорганического базальтового волокна и 27 мл диметилдихлорсилана в присутствии поглотителя НСР {или КОН, или NaOH) выдерживают в гег.етически закрытом объеме при комнатной температуре и перемешивании в течение 60 мин с последующей десорбцией непрореагировавшего силана рН 5,7 — 6,3. Гидрофобность 100о.

Пример 2. 250 r алюмосиликатного (каолинового) волокна (2Я10 х

+2H<0 АР О) и 29 мл диметилдихлорсилана в присутствии поглотителя НС1 (молекулярных сит 3-4 A) выдерживают в герметически закрытом объеме при перемешивании в течение 60 мин с последующей десорбцией непрореагировавшего силана. рН 5,6 — 6,2. Гид- 20 рофобность 1004.

Пример 3. 250 г асбестового волокна (2810 2Н 0 2MgO) и 45 мл триметилхлорсилана в присутствии погло- тителя НС1 (молекулярных сит 3-4 1) 25 выдерживают в герметически закрытом объеме при комнатной температуре и перемешивании в течение 60 мин с последующей десорбцией. силана.рН 5,7

6,2. Гидрофобность 95%.

Пример 4. 250 г неорганического стеклянного волокна и 25 мл

ГКЖ-94 выдерживают в герметически закрытом объеме при комнатной температуре и перемешивании в течение

60 мин,рН 6,5 — 6,9. Гидрофобность

100%.

Полученные гидрофобные неорганические волокна (базальтовые, каолиновые, асбестовые, стеклянные) обладают следующими физико-химическими 40 свойствами: гидрофобность 100%; рН суспензии не менее 5,6; влажность не более 2,5о; удельная поверхность

3 — 10 M2/г; размер частиц 0,6

30 мкм. 45

Кремнийорганические радикалы образуют на поверхности волокон прочную гидрофобную пленку, полученную в результате взаимодействия активных групп 50

1

-Si-0

ОКц, !

ИЛИ -Si-14M ИЛИ

K

Я.— ВН

ИЛИ

60 где: 1; п=З-16; R — — H R=CHg, C H, с гидроксильными группами, находящимися на поверхности окислов. Полимерная инертная пленка многослойна — атомы кислорода прочно связаны с поверхностью окислов, входящих в состав волокнистых материалов, за ними атомы кремния, а далее углеводородные радикалы. Именно этот полимерный слой покрывает поверхность волокнистых материалов и отталкивает молекулы воды и других веществ и выдерживает пе.епады температур от

-50 С до +550О С, не боится солевой агрессии, высоких давлений 50

150 МПа и обладает пеногасящими свойствами.

Предлагаемый гидрофобный волокнистый наполнитель отличается от известных гидрофобных высокодисперсных окислов с привитыми кремнийорганичес. кими радикалами более высоким пеногасящим эффектом при температурах больше 200 С (см.табл. 1).

Буровой раствор, содержащий в качестве наполнителя гидрофобные волокнистые материалы, длительно сохраняет свои свойства, при нагревании до 300 — 350 С и кратковременно при 550 С. Стендовые испытания, о проведенные в условиях, характерных для призабойной зоны скважины, показали, что буровой раствор является работоспособным под действием высоких давлений (50-150) ИПа и высоких температур (500-550 С } .

Дифференциальный весовой анализ показывает, что в области относительной стабильности, фиксируемой на термограммах, не наблюдается потери веса для покрытий, содержащих группу

С Н, лежит в области 300-450 С, что очевидно, связано со ступенчатым характером деструкции этильного радикала. Для поверхностных пленок, содержащих группу СН>, наибольшая потеря веса происходит соответственно при

450-550 С.

Введение в углеводородную фазу гидрофобного волокнистого наполнителя позволяет сократить содержание углеводородной фазы. Сравнительная характеристика свойств известного и предлагаемого наполнителей приведена в табл. 2. На единицу веса гидрофобного волокнистого наполнителя требуется от 80 до 130 вес.ч. углеводородной фазы. Учитывая, что суммарный расход пеногасителя при этом не превышает 0,5% (500 л на 100 мЗ минерализованного или пресного бурового раствора), можно утверждать о целесообразности использования его в отдаленных и труднодоступных районах страны. Хорошая совместимость гидрофобного волокнистого наполнителя с широкой фракцией жидких углеводородов говорит об универсальности полученного пеногасителя.

Пеногаситель для буровых растворов готовят в виде 8-,13%-ной суспензии гидрофобного волокнистого напол

1081195 нителя, .(баэальтоэого, каолинового, стеклянного, асбестового) в углеводородной фазе.

В табл. 3 приводятся свойства буровых растворов, содержащих различные количества предлагаемого пеногасителя, применяемого в виде сус пензии в керосине или дизтопливе, или нефти, или соляровом масле, Как видно из табл. 3, различное . содержание гидрофобного волокнистого наполнителя от 8 до 13% влияет в основном на вязкость буровых растворов.

Приготовленный пеногаситель используют для обработки как мииерали- 5 зованных, так и пресных глинистых буровых растворов, стабилизированных

5%-ным KCCB. Исходная плотность глинистого раствора до ввода КССБ составляет $ =1,17 — 1,23 г/см ; а пос- 20 ле обработки КССБ =1,15 — 1,21 г/см

При испытаниях пеногасителя оптималь. ная концентрация волокнистого наполнителя в углеводородной фазе составляет 8-13% или 12-13 кг наполнителя 25 на 100 м бурового раствора.

Пример 1. Пресный буровой раствор из чисовярской глины плотностью 1,17 г/см обрабатывают сульфит-спиртовой бардой (ОСБ) в коли- 30 честве 3%. Образовавшаяся в растворе пена приводит к снижению плотности раствора до 0,96 г/см (УВ=180 c).

Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполните- у5 ля (базальтового волокна с размером волокон 0,6-3 мкм) в виде 8%-ной суспенэии его в керосине в количестве 0,5%. Гидрофобность базальтового волокна 100% ° После дегазации раст- 4 вор имеет параметры: Р =1,15 г/см

УВ= 54 с. Буровой раствор сохраняет свои свойства при нагревании до

300 G.

Пример 2. Пресный буровой раствор из палыгорскитового глинопо рошка, имеющий плотность 1,185, обрабатывают сульфит-спиртовой бардой (ССБ} 3%. Образовавшаяся в растворе пена приводит к снижению плотности раствора до 0,97 r/см (УВ=210 с). 50

Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполнителя в виде 10,5%-ной суспензии его в керосине в количестве 0,5%. Гидрофобность базальтового волокна 100%. 55

После дегаэации раствор имел параметры:.f =1,16 г/см ; УВ=67 с. Буровой раствор сохраняет стабильность при нагревании до 300 С. о

Пример 3. Буровой раствор 60

co скважины 9 66 Чижевской площади, отобранный при бурении, интервала

2180 — 2185: м, иМеет следующие параметры: р =1 23, г/см .; УВ=,97 с;

CHAqf 0 = 18/28 Mr/ñìу 3=10 см /30 мин а 65

После обработки раствора КССБ (3%) параметры составляют: =1,07 г/м;

УВ=290 с; СНС „,э =45/54 Mr/ñì2; B= .

6 см /30 мин. Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполнителя в виде 13%-ной суспенэии его в керосине в количестве 0,5%.

Гидрофобность базальтового волокна 100%. После дегаэации раствор имеет параметры: р =1,21 г/см ;

УВ=109 с; СНС=25/30 мг/см ; B=

7 см /30 мин. Буровой раствор сохраняет свои свойства при нагревании до 300 С.

Пример 4. Минерализованный глинистый раствор из бентонитового глинопорошка, имеющий р =1,18 г/см, обрабатывают конденсированной 5%-ной сульфит-спиртовой бардой (КССБ). Образовавшаяся в растворе пена приводит к снижению плотности до 1,04 г/см (УВ=190 c). Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполнителя .в виде 8%-ной суспензии его в керосине в количестве 0,5%.

Гидрофобность волокнистого наполнителя 100%. После дегазации раствор имеет параметры: р =1,15 г/см ; УВ=

67 с. Раствор сохраняет стабильность при нагревании до 300 С.

Пример 5. Минерализованный глинистый раствор из бентонитового глинопорошка, имеющий плотность р =1,20 г/GM, обрабатывают 5%-ной

КССБ. Образовавшаяся в растворе пена приводит к снижению плотности до

1,04 г/см3 (УВ=240 с). Пеногашение проводят введением гидрофобного волокнистого наполнителя в виде

10,5%-ной суспенэии его в керосине.

Гидрофобность базальтового волокна

100%. После дегаэации раствор имеет параметры: р =1,18 г/см9; УВ=94.с.

Раствор сохраняет стабильность при нагревании до 300 С. о

Пример 6. Яинерализованный глинистый раствор иэ бентонитового глинопорошка имеющий плотность

p =-1,23 г/см, обрабатывают 5%-ной

КССБ. Образовавшаяся в растворе пена снижает его плотность до 1,06 г/см (УВ=240 с) . Пеногашение производят введением гидрофобного волокнистого наполнителя в виде 13%-ной суспензии его в керосине в количестве 0,5%.

Гидрофобность базальтового волокна

100%. После дегаэации раствор имеет параметры: р =1,21 г/см9; УВ=104 с.

Раствор сохраняет стабильность при нагревании До 3000С.

Как видно из приведенных примеров, введение в буровой раствор пеногасителя, включающего углеводородную фазу и волокнистый наполнитель с кремнийорганическими радикалами на поверх1081195 ности, позволяет повысить плотность вспененного раствора, а следовательно, и погасить пену. Термостойкость таких буровых растворов может превышать температуру 500ОС, что позволяет использовать их при бурении сверхПлотность бурового раствора, г/см, после тер3 мообработки при различных температурах, С о

Состав пеногасителя

500 550

20 240 300 350

1,06 0,97 0,97 0,96 0,96 0,96

1с12 1к11 1i10 1i10 1г03 0 ° 98

Таблица 2

Наполнитель

Показатели

Удельная поверхность, м /r по азоту

3,0 — 10,0

50 — 425

Поперечный размер частиц, мкм 0,004 — 0,04

0,6 — 5,0

2,5 — 2,7

Плотность, г/см

2,2

Нефтеемкость, 1 г нефти или углеводорода на

1 r наполнителя

2,0 — 110,0

2,8 — 8,0

100

100

Гидрофобность, Ъ

Длина частиц, мм

1,0 — 1,5

Известный (31 Высокодисперсные окислы, солесодержащие на поверхности кремнийорганические радикалы вида сн

-4;-о !

Н и

Предлагаемый

Гидрофобный волокнистый наполнитель, содержащий на поверхности кремнийорганические радикалы вида глубоких высокотемпературных скважин глубиной 10-15 км.

Предлагаемый пеногаснтель может применяться как для пресных, так и для минерализованных буровых растворов с условной вязкостью 35-100 с.

Таблица 1

Известный Предлагаемый

1081195

Таблица 3

Вязкость бурового раствора, с

Содержание волокнистого наполнителя в углеводородной фазе, эес.%

Плотность бурового раствора, г/смз

Углеводородная фаза

Волокнистый наполнитель

Керосин или дизтопливо

Гидрофобное базальтовое волокно

1,11

35-55, 35-80

8,0

1,10

10 5

80 и выше 1,08

13,0

Керосин Или дизтопливо

Гидрофобное каолиновое волокно

1,08

20-35

35-55

35-70

8,0

1,10

10,5

1,11

13,0

Гидрофобное стеклянное волокно

Керосин или дизтопливо

1,07

25-40

40-70

70-85

25-45

45-65

65-90

8,0

1,07

10 5

1,10

13,0

Гидрофобное асбестовое волокно

Керосин.или дизтопливо

8,0

1,08

10,5

1,07

13,0

Гидрофобное базальтовое волокно

Соляровое мас.ло или нефть

1,07

30-55

55-85

8,0

1,08

10,5

85 и выше 1,07

13,0

Гидрофобное каолиновое волокно

Соляровое масло или нефть

1 07

28-45

45-7S

78-90

25-50

50-70

8,0

10,5

1,07

1,06

13,0

Гидрофобное стеклянное волокно

Соляровое масло или нефть

1,09

8 i 0

1,08

10,5

70 и выше 1,06

13,0

Гидрофобное асбестовое волокно

Соляровое мао -. ло или нефть

35-50 1,11

50-70 1,10

70 и выше 1,10

8,0

10,5

13,0!

ВНИИПО.. Эаказ 1474/22 Тираж 634 Подписное

Г Т г филиал ППИ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4