Эмульсионная промывочная жидкость

 

Для повышения стабильности, смазочных свойств, технологичности приготовления , экологии и выносной способности эмульсионная промывочная жидкость содержит, мас.%: глина 0,05- 6,00, полимерный стабилизатор 0,05 - 6,00, минеральное масло 0,11 - 3,52, триэтаноламин 0,01 - 0,32, жидкие кислоты жирных кислот хлопкового 0,005 - 0,16, вода остальное. 3 табл. (Л и смоляных кислот (40 мас.%), неионогенное ПАВ (20 мас.%), индустриальное масло ИС-20 или ИС-45 (40 мас.%) (ТУ 38.101628-76). В качестве неионогенного ПАВ используют ОПтЮ. В таком составе его используют для приготовления промывочной жидкости при бурении . В жесткой воде при концентрации солей 3000 мг/г и выше глинистая промывочная жидкость, полученная на их основе, нестабильна. Высокое поверхностное натяжение также ограничивает | 4 сд vj Јь 00.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ) С 09 К . 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГННТ СССР

1 (21). 4762832/03 (22) 03.10.89 (46) 07.07.92. Бюл. Р 25 (71) Среднеазиатский научно-исследовательский институт геологии и минерального сырья и Научно-исследовательский институт химии и технологии хлопковой целлюлозы (72) Х.И.Зиявиддинов, Л.Л.Калинская, Н.З.Азизова, P.Àðèñòàíáåêîâ, С.А.Бреус и Х.Х.Рахманов (53) 622.243 ° 144.3 (088.8) (56) ТУ 38. 101628-76 "Змульсионный концентрат ЭН-4" (эмульсол нефтехимический).

Проспект ВИТР ВПО "Союзгеотехника"

Иингео СССР, "Ленол 10,32", "Концентраты солестойких промывочных жидкостей", 1981 °

Токунов В.И., Хейфец И.Б. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы, ?1.: Недра, 1983, с. 52-58..

Авторское свидетельство СССР

В 1082791, кл. С 09 К 7/02, 1984.

Изобретение относится к бурению, скважин на твердые полезные ископаемые, в частности к жидкостям для про.мюки скважин.

При бурении скважин применяют эмульсионные промывочные жидкости, которые повышают скорость бурения, снижают трение, вращающий момент, абразивный износ, способствуют лучшему выносу шлама на поверхность.

Известен эмульсионный концентрат

ЭН-4 (эмульсол нефтехимический), который представляет собой смесь жирных

„„SU„„1745?48 А 1

2 (54) ЭИУЛЬСИОННАЯ Н ОИЫВОЧНАЯ ЖИДКОСТЬ (57) Для повышения стабильности, смазочных свойств, технологичности приготовления, экологии и выносной способности эмульсионная промывочная жидкость содержит, мас.X: глина 0,056,00, полимерный стабилизатор 0,05—

6,00, минеральное масло 0,11 — 3,52, триэтаноламин 0,01 — 0,32, жидкие кислоты жирных кислот хлопкового

0,005 — 0,16, вода остальное. 3 табл.

1 н смоляных кислот (40 мас.Х), неионогенное ПАВ (20 мас.X), индустриальное масло ИС-20 или ИС-45 (40 мас.Х) (ТУ

38.101628-76). В качестве неионогенного ПАВ используют ОП-.10 ° В таком составе его используют для приготовления промывочной жидкости при буре-. нии. В жесткой воде при концентрации солей 3000 мг/г и выше глинистая промывочная жидкость, полученная на их основе, нестабильна. Высокое поверхностное натяжение также ограничивает, 5748 l 95-200

10-14

Сопоставление с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемая

SS sMyJlbcHoHHRH промывочная жидкость оТр pp5 p,16 личается от известного бурового раст-., вора повышением выносной способности, при одновременном улучшении смазочных свойств и экологии (см. табл. 1) ., Г

174 ее применение в практике бурения на твердые полезные ископаемые.

Известны "Ленол 10" и "Ленол 32"— концентраты солестойких промывочных жидкостей, Проспектр ВИТР ВПО "Союзгеотехника" Мингео СССР, Ленол 10,32, концентраты солестойких промывочных жидкостей.

Приготовленные на основе "Ленола

10" и "Ленола 32" глинистые промывочные жидкости имеют высокое поверхностное натяжение и нестабильность в жесткой воде при концентрации солей более 3000 мг/л.

Наиболее близок к предлагаемому эмульсионный буровой раствор, содержащий следуюцие ингредиенты, мас.l.:

Глинопорошок 2,0- 4,0

Гидроокись аммония

25Х-ной концентрации О, 8 — 1, 2

Стабилизатор 0,3 — 0,5

Кубовые остатки синтетических жирных кислот 1,5 - 2,0

Углеводородная фаза 20,0 - 30,0

Вода Остальное

Недостатком этого бурового раствора является сложность приготовления, заключающаяся в необходимости обязательного подогрева кубОвых остатков

- синтетических жирных кислот до 7080 С, воды до 50-60 С и перемешивании в течение 1,5 ч, что требует дополнительньас затрат электроэнергии.

Цель изобретения - повышение выносной способности эмульсионной буро" вой промывочной жидкости при одновре менном улучшении ее смазочных свойств и экологии при разложении отработанной буровой промывочной жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве составных компонентов эмульсионной промывочной жидкости используют эмульсол Т-1 (в примерахраствор 1) или его составные части при следующем соотношении компонентов, мас.X:

1. Змульсол Т-1. раствор

Минеральное масло О, 11 - 3,52

Триэтаноламин 0,01 - 0,32

:;: Иидкие кислоты дистиллированных. жидких кислот хлопкового соап» :. . стока (ДЖКХС)

2. Раствор 2

Глина

Полимерный стабилизатор К-9 0,05 — 6,00

Вода Остальное

Характеристики компонентов,составф( эмульсионной промывочной жидкости: а) Триэтаноламин (МРТУ 6-02-40367) — прозрачная коричневая жидкость: — Удельная масса 1, 095-1, 135

1п — Температура вспышки, С 179 — Температура самовоспламенения, С 395 — Токсичность Малая б) ТУ 6-06-А21-84 "Жидкие кислоты дистиллированных жирных кислот хлопкового соапстока", внешний вид — маслянистая жидкость от светло-желтого до темно-желтого цвета рр . — Кислотное число, мг КОН 185-195 — ?исло омыления, мг КОН

- Титр, С . о

25 — Йодное число, мг

2/100 г 120-130

Состав жидких кислот ДИКХС:

С 4 оΠ— 0,39, С <.<17,0-20,0, С1а;

- 0-0,89, Cts;o 1,5-2,0, С э;1 48,0-53,0, Се 30,0-27,0

B) Минеральное масло

ТУ 38-181-33-70

С-9 ТУ 38-1-01-33-70

- Содержание влаги — отсутствует — Вязкость кинематичес35 . кая при 20©С не 28,0

Введение в состав эмульсола T-1 жидких кислот ДЖКХС способствует об-. разованию, при взаимодействии с три.этаноламином, эффективного ПАВ, кото46 рый позволяет получать . стабильные водные эмульсии с высокими. смазочными: свойствами. Реакцию образования ПАВ можно описать уравнением:

RC00H + (С Н4ОН) Э КСООН(С Н40Н) где R - С НЭ1, С 7 Нэу, С,7 Нээ

С17 НЭ)

Их процентное соотношение в смеси .

17-20, 1,5-2,0, 48,0»53,6, 27,9-30,0

3© соответственно. : .

45748

Качество эмульсионной промывочной жидкости определяют согласно ГОСТ

6243-75.

Важным свойством эмульсионной буровой промывочной жидкости является ее выносная способность, поверхностное натяжение, снижение которого позволяет существенно повысить скорость

О бурения, а также способствует улучшению ее антифрикционных свойств.

Поверхностное натяжение эмульсионных промывочных жидкостей определяли методом Ребиндера.

Электростабильность эмульсионной промывочной жидкости определяли на приборе, в котором электроды выполнены в виде медных кругов диаметром

20 см, смонтированных на расстоянии

20 3,2 мм друг от друга. Напряжение изменяли с помощью ЛАТР механически с постоянной скоростью 17,5 в/с. Пре» цельное напряжение, подаваемое на электроды, составляло 250 в. Силу тока измеряли с помощью универсального прибора вольт-ом-амперметра. Напряжение, соответствующее проскоку пузырька воздуха при резком увеличении силы тока и разогрева жидкости, принимали эа величину пробоя.

-З0 Полученные результаты приведены в табл. 2.

Как видно из примеров в. табл. 2, поверхностное натяжение предлагаемых эмульсионной промывочной жидкости у5 почти в два раза ниже поверхностного натяжения применяемых в настоящее время в бурении эмульсий, что существенно улучшает антифрикционные свойства бурового раствора, позволяет по4© высить частоту вращения бурового инструмента и способствуетг возрастанию скорости. бурения.

17

Получить эмульсионную промывочнуюжидкость можно непосредственно перед бурением в полевых условиях без подогрева компонентов даже в зимнее время. Для экспериментальной провер-, ки приготовили предлагаемую эмульсионную промывочную жидкость следующего состава,(см. табл. 2).

Пример 1. Приготовление раствора - эмульсола Т-1.

К 11,00 г (0,11 мас.Х) минерального масла (C-9, турбинное, веретенное, индустриальное ИС-20) при интенсивном перемешивании приливают 1,0 r (0,01 мас.%) триэтаноламина (ТЭА) и

0,5 г (0,005 мас.X) жидкой фракции дистиллированных жирных кислот хлоп-. .кового соапстока (ДМ КХС).

Приготовление раствора 2..

Параллельно приготовлению раство-

:,ра 1 готовят раствор 2 °

R 9337 5 г воды (93,825 мас,%) при перемешивании прибавляют 50 r (0,05 мас.Х) полимерного стабилизатора К-9 и добавляют 600 r (6, 0 мас.Х) глины.

В раствор 2 при перемешивании вли« вают раствор 1 и перемешивают еще

15 мин. . Пример 11. Приготовление раствора 1 - эмульсола Т-1.

К 176 r (1,76 мас.%) минерального масла (см. пример 1) прибавляют при интенсивном еремешивании 16 г (О, 16 мас.Х) ТЭА и 0,8 r (0,08 мас.Х) жидкой фракции ДЖКХС.

Параллельно готовят раствор 2.

К 9000 г (92,0 мас.X воды прибав. ляют 300 г (3,0 мас.Х) полимерного стабилизатора и 300 r (3,00 мас.X) глины. К раствору 2 приливают .раствор 1 и перемешивают 15 мин.

Пример 18. Приготовление раствора 1 - эмульсола Т-1.

К 35,2 г (3,52 мас.X) минерального масла (см. пример 1) приливают при перемешивании 3,2 г (0,32 мас.Х) ТЭА и при перемешивании жидкой фракции

1,6 r (0,16 мас.Х) ДЕКХС.

Параллельно готовят раствор 2.

К 899,5 r (89,95 мас.%) воды при перемешивании добавляют 60,0 г (6100 мас.Х) полимерного стабилизатора и 0,5 r (0,05 мас.Х) глины.

К раствору 2 при перемешивании > приливают раствор 1 и перемешивают еще 15 мин.

Дпя подтверждения преимуществ 5 предлагаемой промывочной жидкости провели дополнительные лабораторные исследования с добавкой змульсионноглинистых растворов, с добавкой ЭН-4, приготовленных на подземной жесктой воде. Данные исследований также приведены в табл. 2. Глина взята иэ карьера Кызыпкумской ГРЗ-. Вода - шахтная, из той же экспедиции. Глины по составу монтмориллонитовые. Вода жесткая 33,9 . Сухой остаток 4048 мг/л.

Состав раствора: глина 0,05-6,00Х полимерный стабилизатор К-9 0,05»

6,00Х, сода кальцинированная 0,5%,, эиульсол ЭН-4;2Х, 7

17

Приведенные в табл. 1, 2 данные подтверждаются испытаниями данной эмульсионной промывочной жидкости при бурении скважин в Кызылкумах глубиной

1865 и 2200 м.

Все природные соединения, даже обладающие отчетливым токсическим действием на микроорганизмы, служат источником питания для многих MHKpoQp ганизмов.

Значительное же число синтетических соединений подвергается только более или менее полному превращению в процессе трансформации. При этом в большинстве случаев синтетическое соединение разлагается не до конца, а следовательно, вместо одного соединения в окружающей среде накапливается другое, зачастую более стойкое и более токсичное, т.е. потенциально более опасное для биосферы. Поэтому реальную опасность для биосферы представляет накопление в окружающей среде стойких синтетических органических соединений, обладающих токсическим действием.

В связи с тем, что данная эмульсионная промывочная жидкость содержит природные жирные кислоты (биоразлагаемые природные соеДинения), облегчается утилизация отработанного

45748 8

$ !

О I5 сл чае практика буровых работ ïðåðóñматривает утяжеление растворов, что, в свою очередь, приводит к снижению механической скорости бурения. Эмульсионная промывочная жидкость позволяет улучшить выносные свойства без добавления утяжелителей (в том числе глины).

Иетодика определений сводилась к тому, что через равные промежутки времени (1,0 ч) без изменения расхода промывочной жидкости отбирали шлам в бак. Поскольку скважины бурили гидроударно-эжекторным методом с расходом жидкости 170 л/мин (насос

НБ-32), мелкие частицы в баке не оседали. Сравнивали эмульсионную промывочную жидкость с неэмульсионной. При использовании эмульсионной жидкости масса собранного в баке шлама была на 10-30% больше.

Дополнительно в лабораторных усло- виях исследовали выносную способность предлагаемого эмульсионного раствора и прототипа по авт. св. N - 1082971.

Выносную способность оценивали как свойство раствора удерживать мелкие частицы. Поставленной цели достигали следующим образом. В приготовленный раствор (4 л) по одному из приведенных рецептов засыпали одинаковое ко3$

46

4$ бурового раствора.

Испытания показали положительное влияние эмульсионной промывочной жидкости, заключающееся в улучшении антифрикционных свойств (крутящий момент на глубине 800 м снижается с

45 до 35.кгм), высокой выносной способности и снижении абразивного износа.

В связи с тем, что ГОСТ б243-75 не предусматривает определения выносных свойств промывочной жидкости, их определяли при бурении глубокой скважины в Кызыпкумах взвешиванием шлама, взятого из бака (50 л), установленного возле устья скважины. Промывочная жидкость, выходящая из скважины, сначала попадает в бак, затем по желобу .в приемную емкость. В баке оседают наиболее крупные шламовые частицы.

Для алмазного бурения максимальный размер частиц не более 1,0 мм, не считая частиц, выпавших из стенок скважин, особенно в зонах разломов.

В связи с тем, что реальная скважина имеет непостоянный диаметр Bi трещино ватнх породах, шламовые частицы могут оседать в трещинах и кавернах. В этом личество шлама с размером частиц 0,10 25 мм (30%), остальной — с размера-. ми частиц менее О, 1 мм. Количество засыпанного шлама составило не более

5% от раствора (200 г). После засыпки шлама раствор тщательно перемешивали 2-3 мин и оставляли на 1 ч. Пос.— ле этого две трети раствора сливали, а оставшийся в емкости раствор тщательно промывали водой до полного осветления. Затем сушили шлам и взвешивали. Удерживающую способность раствора определяли как отношение раэни цы масс засыпанного шлама и осевшего к массе засыпанного шлама

Результаты лабораторных экспериментов занесены в табл. 3.

Использование описанного предложе ния позволяет:

- повысить механическую скорость на 10-15%

- снизить затраты времени на ликвидацию геологических осложнений на, 5-8%;

1745748

О, 005-0, 16

Остальное

Таблица 1

Сравнительные характеристики предлагаемого и известных составов

Параметры промывочной жидкости

Примеры оверхн. коэф. тре- суточный электро- водоотдача, толщина ат., ния (сила отстой, 7 пробой, см /30 мин корки, мм

Цж/м тока), мА В

5,00

1,00

7, 00

150

1,00

7,00

150

4,85

1,00

7,,00

150

4,70

3,00

7,00

1,00

180

4,35

3,36

1,00

7,00

7,00

Нет

3,36

3,70

3,36

1,:00

Нет

3,30

1,00

8 00

8,00

150

3,10

3 i 00

1,00

150

2,52

1,00

8,00

180

2,80

1,00

8,00

8,00

Нет

2,20

2,76

10 .

1,00

Нет

1,80

1,40

2,64

8,00

7,50

1,00

Нет

2,16

1,00

150

1,00

1,00

7,50

7,50

7,50

150

0,90

1,00

180

0,00

2,44

Нет

1,00

0,00

2 50

2,56

7,50

1,00

Нет

0,00

7 50

1,00

2,56

Нет

0,00

2,00

14, 00

16, 00

120

3-4,00 20

48,0

3,60

57 в 4

П р и и е ч а н и я! пример 19 — прототип пример 20 — с эмульсолом 3Н-4 — повысить выносные свойства на

207.; — повысить производительность на

5-6%.

Формула из обре те ния

Эмульсионная промывочная жидкость, включающая глину, полимерный стабилизатор, вещество, содержащее жирные кислоты, триэтаноламин, о т л и— чающая с, я тем, что, с целью повышения выносной способности, улучшения смазочных свойств и экологии, 32,03

29,12

29,12

26,21

26,21

26,21

29,74

28,52

25,69

25,69

24,34

24,34

27,45

27,45

24,96

22,46

22,46

22,46 она в качестве вещества, содержащего жирные кислоты, содержит жтдкие кислоты дистиллированных жирных кислот

5 хлопкового соапстока при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ж:

Глина 0 05-6,00

Полимерный стабилиза.тор 0,05-6,00

10 11инеральное масло О, 11-3,52

Триэтаноламин 0,01-0, 32 жидкие кислоты жирных кислот хлопкового соапстока

Вода

f 745748

Таблица 2

Состав предлагаемой эиульсионной промывочной жидкости аваеювв аеюю юееюаеюаеюювве«веююевев Вввюю«юев««а ««ев« ю вв еь »ею

ЮЮ ев

®омпоненты тво 1:

° аюеьеВ»еа»ав Вюю

° вае «юввю

; Лрии

° ВЮВ ВВ» Ь

Рас

Юеь ю минерапь» ое масо, Х

Раствор 2 р

° В ° В ЮЕВВВ» триэта" видкиве кноламин, ты ДМЮХС, Х Х .. еЬюю«ю аев

° Еа

ЬЕ ЕВ вода, Х остальное полные рн. стабилиэ., Х юаеавюанвю»авююююююаею» евю «вваеввеееююееею ЮЮВ евююа «а Вев ююю

Таблица 3

Сравнительные данные по выносной способности.3ТР.

° В «аваев«авва ю»

ЗТР, Х Прототип авт.is.

1 1082971 Х ююююю ююееееЬ»

57,0

68,0

66,0

63,0

57,0

57,0

ЮЮЮЕВЮЮЮ»В«Ю

° аее«юю

o fi

2 0,22

Э 0,44

: 4 .. o,88 .5- . 1,76

6 . 3 ° 52

1 О ° 11

8 0,22

9 044

10 0,88

11 I 76

12 3,52

13 0,11

14, 0,22

15 0,44

16 .. О 88

17 1,76

18 3,52

0901

О,02

0,04

Î,08

0,16

0,32

0,01

0,02

О,О4

0,08

0,16

0,32

0i0f

0,02

0r04

0,08

0,16

0,32

0,005

O O15

0,020

0,080

О, 160

0,005

0,015

0,020

0,040

0,080

0,160

О,OO5

0,015

О, 020

0,040

0,080

О,16О

6,00

6,00

6,00

6,00

6,00

6,00

3,00 з,оо

3,00

3,00

3,00

3,00

0,05

0,05

0,05

0 05

О О5

0 05

0,05

0,05

0,05, 0,05

О,05

0,05. з,оо

3,00

3,00 з ° оо

3,00

3,00

6,00

6,00.

6,00

6,00

6,00

6,00

93,825

93,695, 93,450

92,920

91,950

89, 950

93,875

93,475

93,500

93 ° 000

92,000

9О,ООО

93,825

93,695

93,450

92 ° 950

91,950

89,950