Утяжелитель для обработки буровых растворов
Владельцы патента RU 2748794:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") (RU)
Изобретение относится к технологии бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для приготовления утяжелителей буровых растворов, в том числе сверхтяжелых, предназначенных для бурения в условиях аномально высоких пластовых давлений, а также при проявлении сероводорода. Технический результат - снижение абразивности и пониженная магнитная восприимчивость получаемого утяжелителя. Утяжелитель для обработки буровых растворов содержит барит, получаемый гравитационными методами, и железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный железосодержащий концентрат 40–60; указанный барит 40–60. 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится к технологии бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для приготовления утяжелителей буровых растворов, в том числе сверхтяжелых, предназначенных для бурения в условиях аномально высоких пластовых давлений, а также при проявлении сероводорода.
Изобретение относится к двум направлениям:
1. Приоритетное направление развития науки и технологий как «Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов»;
2. Направление бурения нефтяных и газовых скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений, а также при проявлении сероводорода;
Известен утяжелитель для обработки буровых растворов (SU № 1213060, МПК C09K007/04, опубликовано 23.02.1986). Утяжелитель содержит искусственную смесь баритового и магнетитового концентратов.
Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются компоненты: баритовый и магнетитовый концентраты.
Недостатками аналога являются: применение магнетитового концентрата природного происхождения с достаточно высокой абразивностью, а для снижения абразивности применяется флотационный барит, снижающий утяжеляющую способность, объясняемую наличием высокого содержания водорастворимых солей кальция, а также сложность регулирования плотности бурового раствора из-за несоответствия расчетных и фактических данных.
За прототип принят утяжелитель для обработки буровых растворов (RU № 2251565, МПК C09K007/04, опубликовано 10.05.2005). Утяжелитель содержит искусственную смесь флотационного баритового и магнетитового концентратов, а также дополнительно содержит триполифосфат натрия.
Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются компоненты: баритовый и магнетитовый концентраты.
Недостатками прототипа являются: применение магнетита природного происхождения с достаточно высокой абразивностью, для снижения которой применяется барит, получаемый флотационным методом, что, в свою очередь, требует дополнительно применять триполифосфат натрия для уменьшения содержания водорастворимых солей кальция.
Задача заявляемого изобретения заключается в создании утяжелителя для буровых растворов на основе железосодержащего концентрата, получаемого магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО тепловых электростанций, обладающего пониженной абразивностью и пониженной магнитной восприимчивостью.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении абразивности и пониженной магнитной восприимчивости получаемого утяжелителя.
Технический результат достигается тем, что утяжелитель для обработки буровых растворов, включающий барит, согласно изобретению, содержит барит, получаемый гравитационными методами, и дополнительно - железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными
методами из золошлаковых отходов ЗШО, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанный железосодержащий концентрат 40–60
указанный барит 40–60.
Технический результат достигается использованием железосодержащего концентрата, получаемого магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО и барита, получаемого гравитационными методами.
Отличием заявляемой смеси от прототипа является, то, что в качестве барита, сохраняющего вязкость раствора, используют барит, получаемый гравитационными методами, а взамен магнетита природного происхождения используют железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, в заявляемом соотношении компонентов, что доказывает новизну заявляемой смеси.
Железосодержащий концентрат, содержит следующие соединения: FeO·Fe2O3(≈60%), SiO2 (≈23%), Al2O3 (≈9%) и CaO (≈2,1%). Гравитационный барит содержит: BaSO4 (≈88%), водорастворимые соли (≈0,35%), что сохраняет вязкость раствора и повышает утяжеляющую способность за счет низкого содержания водорастворимых солей кальция.
Таким образом, известные ингредиенты (железосодержащий концентрат из ЗШО и гравитационный барит) в заявляемой смеси в новой совокупности признаков обеспечивают снижение абразивности и снижение магнитной восприимчивости, что свидетельствует о новом, неизвестном из уровня техники механизме влияния признаков на достигаемый технический результат, что в свою очередь свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Смесь получают следующим образом. Железосодержащий концентрат извлекают из ЗШО магнитно-сепарационными методами; баритовый концентрат получают гравитационными методами; ингредиенты смешивают до однородной консистенции, затем полученный продукт сушат в муфельной печи при температуре 600-700°С в течение 2 мин в соответствии с заводской технологией сушки утяжелителей.
Соотношение ингредиентов для получения смеси берут в соответствии с заявляемым соотношением компонентов, мас.%:
железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО 40–60;
баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами 40–60.
Изобретение поясняется примерами.
Пример 1. Ингредиенты (железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, и баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами) смешивают в следующем соотношении: железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами, соответственно 40 мас.% и 60 мас.% до однородной консистенции, затем измеряют магнитную восприимчивость. После оценивают абразивные свойства утяжелителя. Абразивность измеряется методом стального кольца по скорости изнашивания металлических колец из стали 45 в среде водной суспензии утяжелителя с концентрацией 30%. Уменьшение веса кольца за 1 час характеризует абразивный износ стали в данной среде. Показатели полученного утяжелителя приведены в табл.1, опыт 9.
Пример 2. Ингредиенты (железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, и баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами) смешивают в следующем соотношении: железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами, соответственно 50 мас.% и 50 мас. % до однородной консистенции. Магнитная восприимчивость и абразивность измеряются аналогично примеру 1. Показатели полученного утяжелителя приведены в табл.1, опыт 8.
Пример 3. Ингредиенты (железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО и баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами) смешивают в следующем соотношении: железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами, соответственно 60 мас.% и 40 мас.% до однородной консистенции. Магнитная восприимчивость и абразивность измеряются аналогично примеру 1. Показатели полученного утяжелителя приведены в табл.1, опыт 7.
В таблице 1 приведены показатели технических характеристик при различных соотношениях компонентов в смеси.
Таблица №1. Технические характеристики утяжелителя
| № опыта |
Состав утяжелителя | Магнитная восприимчивость, б*10-5ед.СИ | Абразивность, P*10-3, г. |
Плотность утяжелителя, с, кг/дм3 |
| 1 | Магнетит природный | 880000 | 18 | 4,98 |
| 2 | Магнетит природный 60%, барит флотационный 40% | 244300 | 10 | 4,71 |
| 3 | Магнетит природный 50%, барит флотационный 50% | 215500 | 9,95 | 4,65 |
| 4 | Магнетит природный 40%, барит флотационный 60% | 199600 | 9,9 | 4,57 |
| 5 | Барит флотационный | -1,8 | 9 | 4,31 |
| 6 | Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО | 220000 | 4 | 4,5 |
| 7 | Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО 60%, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами 40% |
47000 | 5,5 | 4,38 |
| 8 | Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, 50% , баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами 50% | 39900 | 6 | 4,35 |
| 9 | Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, 40% , баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами 60% | 35200 | 6,5 | 4,32 |
| 10 | Баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами | - 1,8 | 8 | 4,2 |
Результаты испытаний приведены в табл.1, из которой видно, что абразивность и магнитная восприимчивость утяжелителей (Железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, баритовый концентрат, получаемый гравитационными методами) в соотношении указанных компонентов 40-60 % мас. (опыт 7, 8, 9) ниже, чем у заменяемых смесей.
Снижение абразивности железосодержащего концентрата, получаемого магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, объясняется образованием закругленной формы углов и более гладкой поверхностью частиц, формируемых в процессе оплавления железосодержащих частиц при сжигании угольной пыли в котле тепловой электростанции.
Снижение магнитной восприимчивости железосодержащего концентрата, получаемого магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, объясняется реакцией окисления Fe3O4 под воздействием температур 450-600oC, вследствие чего магнетит переходит в б-Fe2O3, так называемый гематит, который является слабым ферромагнетиком с достаточно низкой магнитной восприимчивостью.
Утяжелитель для обработки буровых растворов, включающий барит, отличающийся тем, что содержит барит, получаемый гравитационными методами, и дополнительно железосодержащий концентрат, получаемый магнитно-сепарационными методами из золошлаковых отходов ЗШО, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| указанный железосодержащий концентрат | 40–60 |
| указанный барит | 40–60 |
