Реагент для приготовления полимербентонитового бурового раствора

 

Изобретение относится к области бурения скважин. Цель - повышение эффективности реагента в улучшении флокулирующих свойств раствора. Реагент включает ингредиенты яри следующем их соотношении, мас.%: полиакриламид 0,5 - 2,0; гидроксид натрия 0,5-2,0; сапропель 2 - 20; вода остальное. Используется полиакриламид с молекулярной массой от 3 104 до 6 10 , сапропель - органический, кремнеземистый и карбонатный. При добавлении реагента в полимербентонитовый буровой раствор в количестве 0,5 об.% он осветляется за счет осаждения дисперсной фазы не менее чем на 80% по объему. Реагент можно, использовать для эффективной дестабилизации полимербентонитовых буровых растворов . 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 09 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4794851/03 (22) 26.02.90 (46) 30.03.92. Бюл. N 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторожденийий (72) B,А. Евецкий, А.А. Гонцов, А.И. Вареца, B.Ì. Попов Г,А. Мишенин, Н,И. Сыченко и

Г.B. Бондаренко (53) 622.243.144.3 (088,8) (56) Паус К.Ф, Буровые растворы. М„Недра, 1973, с. 83 — 86.

Авторское свидетельство СССР

М 985014, кл. С 09 К 7/02, 1980. (54) РЕАГЕНТДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРБЕНТОНИТОВОГО БУРОВОГО PACTBOPA

Изобретение относится к бурению геологоразведочных и нефтяных скважин и предназначено для их промывки.

Известны реагенты для приготовления полимербентонитового бурового раствора на основе акриловых полимеров, например гидролизованного полиакрилонитрила. Они обладают высокими стабилизирующими свойствами.

Недостатком являются низкие флокулирующие свойства. По этой причине буровой раствор плохо очищается от выбуренной породы, что влечет за собой увеличение содержания в нем твердой фазы и, как следствие, снижение механической скорости бурения.

Наиболее близким к предлагаемому является реагент для приготовления полимербентонитового бурового раствора, со„„ ЖÄÄ 1723089 А1 (57) Изобретение относится .к области бурения скважин, Цель — повышение эффективности реагента в улучшении флокулирующих свойств раствора, Реагент включает, ингредиенты,при следующем их соотношении, мас. : полиакриламид 0,5—

2,0; гидроксид натрия 0,5 — 2,0; сап ропель 2—

20; вода остальное. Используется йолиакриламил с молекулярной массой от 3 10 до

6 . 10, сапропель — органический, кремнеземистый и карбонатный. При.добавлении реагента в полимербентонитовый буровой раствор в количестве 0,5 об. он осветляется за счет осаждения дисперсной фазы не . менее чем на 807; по обьему. Реагент можно использовать для эффективной дестабилизации полимербентонитовых буровых растворов. 1 табл. держащий полиакрилоамид, гидроксид натрия в сочетании с гуматной добавкой, в качестве которой используют бурый уголь или торф (углещелочной реагент или торфощелочной реагент) и воду. Приготовление реагента производят путем растворения полиакриламида в щелочном гуматном растворе при перемешивании до получения однородной жидкости. Такой реагент способен оказывать флокулирующее действие, Однако приготовленный на его основе буровой раствор, обладает низкими флоку лирующими свойствами, что проявляется в низкой скорости флокуляции, поэтому буровой раствор плохо очищается от частиц выбуренной породы, в.связи с чем снижается механическая скорость бурения, 172308п

Цель изобретения — повышение эффективности реагента в улучшении флокулирующих свойств бурового раствора, Поставленная цель достигается тем, что реагент для приготовления полимербентонитового бурового раствора, содержащий полиакриламид, гидроксид натрия, гуматную добавку и воду, в качестве гуматной добавки содержит сапропель при следующем соотношении ингредиентов, мас. )(,:

Полиакриламид 0,5 — 2,0

Гидроксид натрия 0.5 — 2,0

Сап ропель 2 — 20

Вода Остальное

Ингредиенты выпускаются отечественной промышленностью.

Полиакриламид (ПАА) выпускается в соответствии с ТУ 6-01-1049-81. Он представляет собой высокомолекулярное соединение с молекулярной массой 3 . 10 — 6 106, растворимое в воде, Гидроксид натрия выпускается е соответствии с ГОСТ 2261-81. Представляет собой бесцветную твердую массу или гранулы, хорошо пастворимые о воде.

Сапропели представляют собой тонкоструктурные коллоидальные отложения водоемов, содержащие органические и минеральные компоненты биогенного и привносного характера. Добычу сапропелей из водоемов (озер) осуществляют гидромеханизированным способом их . экскавации земснарядами в сочетании с гидротранспортом по трубопроводам. Применяются сапропели в качестве удобрения в сельском хозяйстве, а также при бурении скважин в качестве структурообразователя и стабилизатора буровых растворов, для облегчения цементных растворов, Использование сапропеля для улучшения флокулирующих свойств бурового раствора не известно.

Сапропели различаются по органическому, кремнеземистому и карбонатному типам, Отличие их друг от друга состоит в различном составе органической и минеральной части. Для получения предлагаемого реагента может быть использован любой из этих сапропелей, Использовали органический сапропель озера Судобль, кремнеземистый сапрапель озера Червоное, карбонатный сапропель озера Вечер, Органическая часть органического canponens содержит, : битумы 5: легкогидролизуемые вещества 25; гуминовые вещества

31,1; трудногидролизуемые вещества 10,2.

Негидролизуемый остаток составляет

30,1;(, Содержание углерода составляет

58,4 : водорода 7.3 ; азота 5.9$; кислоро

10

20 ства 4. Негидролизуемый остаток составляет 20,5 . Содержание углерода составляет

- 55,8, водорода 7,8, азота 4, кислорода

55 да 28.3%. Органический сапропель содержит следующие минеральные вещества, :

СО 2.0; Si02 7,4; ИрОз 1,0; Ге Оз 2,3: СаО

1,1; MgO 0,3.

Органическая часть кремнеземистого сапропеля содержит, : битумы 4,6; легкогидролизуемые вещества 27,2; гуминовые вещества 29,4; трудногидролизуемые вещества 8,9, Негидролизуемый остаток составляет 28,0, Содержание углерода составляет 52 3, водорода 6,7 (, азота

4,1, кислорода 36,6, Кремнеземистый сапропель содержит следующие минеральные вещества. 7: СОг 3,2; SiOz 33,9: АЬ Оз

1,1; ГегОз 3,6; СаО 1,3; MgO 0,2.

Органическая часть карбонатного сапропеля содержит, : битумы 3.2; легкогидролизуемые вещества 18,2; гуминовые вещества 58,8; трудногидролизуемые веще31,7, Карбонатный сапропель содержит следующие минеральные вещества, : COp

20.5; Si02 22,8; А1рОз 3,2; ЕегОз 11,5; СаО

21.9; MgO 1,1.

Экспериментальные работы выполнены путем оценки обычно измеряемых характеристик бурового раствора с использованием общепринятых методик и приборов, Плотность (p) измеряли пикнометрическим методом; условную вязкость (УВ) — с помощью воронки ВБР-i; водоотдачу(В) — на приборе ВМ-6; статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин (СНС /ю) — на приборе СНС-2. Флокулирующие свойства оценивали по общепринятой методике определения кинетической устойчивости глинистой суспензии в присутствии реагента. В мерный цилиндр вместимостью 500 мл наливали грубодисперсную суспензию, содержащую 5 мас. Часов-Ярской глины, а также глины Тарасовского месторождения и глинистого сланца, выбуренного на Гуковской площади. Затем добавляли реагент в количестве 0.5 об.% и после встряхивания в течение 10 с наблюдали кинетику осаждения частиц, Эффективность флокуляции оценивали (в процентах) по объемной доле осветленной в течение 10 мин жидкости от всего обьема суспензии (Voc»»,), а также по скорости флокуляции (ч). Для этого обьем осветленной в течение 10 мин суспензии

»/oo»». относили к единице времени. т. е. v= -- —

10 мл/мин.

Пример 1, В 98 г(98 мас. ) воды растворяют 0,5 г (0,5 мас. ) гидроксида натрия, вводят 1 г (1 мас, ) органического

1723089 сапропеля, а затем 0,5 г (0,5 мас. ) ПАА с молекулярной массой 3 10 . Перемешива4 ние производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мл (0,5 об. ) добавляют к 995 мл (99,5 об. ) 5

2%-ного раствора предварительно гидратированного бентонита. Полученный полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами; р = 1010 кгlмз; УВ = 17 с; В -12 см; СНС /1о-О/О, 10

Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об. )добавляют к 497,5 мл (99,5 об. ) 5 -ной суспензии Часов-Ярской глины. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом Voce. =41, 15 ч = 20,5 мл/мин.

Пример 2.. В 97 г (97 мас,%) воды растворяют 0,5 г (0,5:мас. ) гидроксида натрия, вводят 2 г (2 мас. ) органического сапропеля, а затем 0,5 г (0,5 мас. ) ПАА с 20 молекулярной массой 3 104. Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мл (0,5 об. ) добавляют к 995 мл (99,5 об. )

2%-ного раствора предварительно гид- 25 ратированного бентонита. Полученный полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: p = 1010 кг/м; УВ = 18 с; В = 8 см; CHC1/1о = О/О, Реагент в количестве 2,5 мл (0,5об. ) 30 добавляют к 497,5 мл (99,5 об. ) 5%-ной суспензии Часов-Ярской глины. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом V«a. = 68 ;

М = 34 мл/мин. : 35

Пример 3. В 86,5 г (86,5 мас. ) воды растворяют 1,25 г(1,25 мас.о ) гидроксида натрия, вводят 11 г.(11 мас. ) карбонатного сапропеля, а затем 1,25 г(1,25 мас. ) ПАА с молекулярной массой 4 10 . Перемешива- 40 5 ние производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мп (0,5 об.%) добавляют к 995 мл (99,5 об.o )

2%-ного раствора предварительно гидратированного бентонита. Полученный 45 полимербентонитовый буровой раствор обйадает следующими свойствами: p = 1010 кг/мз; УВ -19 с В -.7 см; СНС1/1о-О/О.

Реагент в количестве,.2,5 мп (0,5 об, ) добавляют к 497,5 мл (99,5 об. ) 5$-ной 50 суспензии Часов-Ярской глины. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом Vocs. = 74 ; ч = 37 мл/мин.

Пример 4. В 86,5 г (86,5 мас. ) воды 55 растворяют 1,25 г (1,25 мас. ) гидроксида натрия, вводят 11 г (11 об. ) кремнеэемистого сап ропеля, а затем 1,25 r (1 25 мас, )

ПАА с молекулярной массой 4 10 . Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мл (0,5 об. ) добавляют к 995 мл (99,5 об. ) 2 g-ного раствора предварительно гидратированного бентонита. Полученный полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: р = 1010 кг/м ; УВ - 19 с; В 7 см; CHC1/1о = О/О.

Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об. ) добавляют к 497,5 Мл (99;5 об. ) 5%-ной суспензии Часов-Rpckoh глины. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом Voca. = 75%;

v = 375 мл/мин.

Пример 5., В 77,5 г (77,5 мас. О ) воды растворяют 1,25 г (1,25 мас. ) гидроксида натрия, 20 r (20 мас.%) кремнеземистого сапропепя, а затем 1,25 г(1,25 мас.%) ПАА с молекулярной массЬй 4 105. Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мп (0,5 об. ) добавляют k 995 мл (99,5 об, )

2 -ного раствора йредваритепьно гидратированного бентонита. Полученный полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: p = 1010 кг/м ; УВ = 20 с; В = 7 см; СНС1до = 0/О.

Реагент в количеств g,5 мл (0,5 об. ) добавляют к 497,5 мл (99,5 об.о ) 5 -ной суспензии Часов-Ярской глины, После встряхивания в течение 10 с измеряют фпокулирующие свойства. При этом Voce. = 75 ;

v = 37,5 млl мин.

П р и м р 6, В 76 г (76 мас.%) воды растворяют 2 r (2 мас, o ) гидроксида натрия, 20 г(20 мас, ) кремиеземистого сапропеля, а затем 2 г (2 мас. ) ПАА с молекулярной массой 6 . 10, Перемешивание производят до получения однородной жидкости. Реагент в количестве 5 мп (0,5 об. ) добавляют к 995 мл (99,5 об,%) 2%-ного раствора предварительно гидратированного бентонита, Полученный полимербентонитовый буровой раствор обладает следующими свойствами: p= 1010 кг/м; УВ = 21 с; В = 6 см;

СНС у о = О/О, Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об. ) добавляют к 497,5 мл (99,5 об. )

5%-ной суспенэии Часов-Ярской глины. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом Vocg.=80 ; ч = 40 мл/мин.

Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об. ) добавляют к 497,5 мл (99,5 об, 0) 5 -ной суспензии глины Тарасовского месторождения. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокупирующие свойства. При этом

Voce. = 82%; ч = 41 мп/мин.

Реагент в количестве 2,5 мл (0,5 об. ) добавляют к 497,5 мл (99,5 об. ) 5 -ной

1723089 суспензии глинистого сланца, выбуренного на Гуковской площади. После встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом Voce. = 87 ; v = 43,5 мл/мин. 5

Пример 7,, В 71 r (71 мас.%) воды растворяют 2 г(2 мас.%) гидроксида натрия, 25 r (25 мас.%) кремнеземистого сапропеля, а затем 2 г (2 мас.%) ПАА с молекулярной массой 6 10 . Перемешивание производят 10 до получения однородной жидкости, Реа- гент в количестве 5 мл (0,5 об.%) добавляют к 995 мл (99,h об. ) 2 -ного раствора предварительно гидратированного бентонита.

Полученный полимербентонитовый буро- 15 вой раствор обладает следующими свойствами: p = 1010 кг/м; YB = 25 с; В = 6 GM;

СНС / о = О/О. Реагент в количестве 2,5 мл. (0,5 об.%) добавляют к 497,5 мл (99,5 об,%)

5%-ной сусйенЗии Часов-Ярской глины, По- 20 сле встряхивания в течение 10 с измеряют флокулирующие свойства. При этом 4 . =

=48%; ч = 24 мл/мин.

Результаты экспериментальных работ приведены в табл Ице. 25

Из аналйза полученных данных видно, что при соДержании 0,5 — 2,0 мас,% ПАА, 0,5—

2,0 мас. гидроксида натрия и 2 — 20 мас.% сапропеля (примеры 2 — 6) реагент обеспечивает получение полимербентонитового бурового раствора с технологическими свойствами (p-= 1010 кг/м; УВ = 18 — 21 с;

В = 6 — 8 см; СНС /1o = О/О), соответствуюз, щими свойствам по прототипу (p = 1000 кг/м ; В =18 с; В -7 — 8смз; СНСу1о=0/О), При этом он обладает флокулирующими свойствами, которые обеспечивают высокую скорость флокуляции и характеризуются значениями Voce. = 68 — 80% и ч = 34 — 40 мл/мин, что почти в 2 раза превышает аналогичный показатели прототипа, для которого они составляют: V«s. = 38 — 45%; ч = 19—

22,5 мл/мин. Это свидетельствует о повышении эффективности реагента в улучшении флокулирующих свойств

С увеличением содержания сапропеля скорость флокуляции повышается. Так, при содержании в реагенте сапропеля 20 мас, (пример б) Voca. = 80%, v =40 мл/мин, а при содержании сапропеля 11 мас. (пример 4)

Voc8. = 75%, а ч = 37,5 мл/мин при одинаковых содержаниях ПАА и гидроксида натрия.

Дальнейшее увеличение содержания сапропеля (пример 6) не приводит к изменению показателей Voce. и ч (в сопоставлении с примером 5). Увеличение содержания сапропеля до 25 мас.% (пример 7) усиливает стабилизирующее действие и приводит к снижению флокулирующего эффекта. При этом Vocs. снижается до 48%, а ч — до 24 мл/мин и приближается к аналогичным показателям прототипа (Voce. = 45%, ч = 22,5 мл/мин). Поэтому увеличивать содержание сапропеля относительно 20 мас.% нецелесообразно, поскольку это приводит к резкому уменьшению флокулирующего эффекта.

При содержании сапропеля 1 мас.% (пример 1) реагент оказывает низкое флокулирующее действие. При этом Voc<. = 41%; v =

=20,5 мл/мин. Такие значения близки к аналогичным показателям прототипа (Voce. =

=-38, ч = 19 мл/мин); Это свидетельствует о том, что снижение содержания сапропеля относительно 2 мас,% нецелесообразно, поскольку влечет за собой резкое снижение скорости флокуляции.

Таким образом, при содержании 0,5—

2,0 мас. ПАА, 0,5 — 2,0 мас. гидроксида натрия, 2 — 20 мас.% сапропеля (вода остальное) реагент обеспечивает наибольшую скорость флокуляции, что свидетельствует о повышении его эффективности в улучшении флокулирующих свойств бурового раствора.

Экономическая эффективность от применения изобретения может быть получена за счет увеличений механической скорости бурения в результате ускорения снижения содержания твердой фазы в буровом растворе.

Формула изобретения

Реагент для приготовления полимербентонитового бурового раствора, содержащий полиакриламид, гидроксид натрия, гуматную добавку и воду, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности реагента в улучшении флокулирующих свойств, бурового раствора, он в качестве гуматной добавки содержит сапропель при следующем соотношении ингредиентов, мас. :

Полиакриламид 0,5-2,0

Гидроксид натрия 0,5 — 2,0

Сапропель 2 — 20

Вода Остальное

Продолжение таблицы

* Углещелочный реагент

Составитель А.Кравчук

Редактор Н,Киштулинец Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О.Кундрик

Заказ 1041 Тираж Подписное

ВНИИГ1И f осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производсгвенно-издательский комбинат "Патент", t., Ужгород, ул.Гагарина, 101