Ингибитор разупрочнения и диспергирования горных пород

 

(72) Авторы изобретения

А.Г.Розенгафт, И.М.Борзенков, и. А.Г.Воробьев

Полтавское отделение Украинско исследовательского геологоразв

Министерства геологии Украин (П) Заявитель (54) ИНГИИИТОР РАЗУПРОЧНЕНИЯ И ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

ГОРНЦХ ПОРОД

Изобретение относится к бурению скважин на нефть, газ.и твердые полезные ископаемые, в частности к ингибиторам буровых растворов, применяемых при бурении в сложных геологических условиях.

Известны различные вещества, применяемые в качестве иигибиторов раз" упрочнеиия и диспергнроваиия пород при бурении с промывкой буровыми растворами. В больюинстве случаев это неорганические соли: соли натрия, кальция, калия, аммония fl)x(2).

Однако применение неорганических солей снижает ассортимент пригодных для обработки химреагентов. Возникает необходимость в применении дефицитных,дорогостоящих реагентов: КССВ, КИП, гипан и др. Кроме того, при использовании неоргаю ческих солей не всегда удается достигнуть высокой степени ингибирования, так как допустимая концентрация солей в растворе ограничивается порогом солестойкости реагента-стабилизатора. Это снижает эффективность ингибирования.

Известно применение смеси али-. фатическнх аминов, получающихся на базе отходов производства химической промышленности, в качестве ингибитора сероводородной коррозии )3)

Цель изобретения - разработка ингибитора разупрочнения и днспергирования пород, слагающих стенки скважины, в среде бурового раствора.

Эта цель достигается применением смеси гчифатичес их аминов (в виде оснований) в количестве l-3X rro весу от объема бурового .раствора.

Использование в качестве ингибитора разупрочнения пороя указанной смеси обеспечивает повьпиенне устойчивости стволов скважин при снижении стоимости химической обработки. Из лабораторных данных видно (см. табл.2-4, что ингибирующнй эффект растворов,содержащих смесь алифатических аминов

61387 4

Растворы, содержащие смесь алифатических аминов в количестве

1-3 вес.%, имели значительно меньшие

I вязкости, СНС и содержание коллоидной Фазы.

2. Определялось влияние смеси алифатическнх аминов на коэффициент

4О устойчивости шлама аргиллита.

Для определения коэффициента устойчивости 25. г воздушно-сухого аргаллита фракции 2-5 мм загружали в сосуд, содержащий 300 мл испытываемого раствора, и содержимое сосуда обкатывали в течение 16 ч в специальном spaщающемся устройстве. После этого содержание сосуда промывалн через сито с диаметром ячеек 0,5 мм. Остаток

55

3 8 в виде оснований и УЩР, равен таковому для хлоркальциевых растворов.

В качестве смеси алифатических амн нов может быть использован ингибитор сероводородной коррозии гор". ных металлов, который представляет собой смесь алифатических аминов в виде оснований со средним числом углеводородных атомов равный 15 и выпускается под маркой АНПО:

42 25 2 48 БЪ7

Смесь алифатических аминов в ниде оснований — это густая жидкость ,темно-коричневого цвета со специфическим характерным запахом, с плотностью 0,85-0,89 г/см . Это вещество хорошо растворимо в углеводородах типа бензинов, нефти. Горючее, но не взрывоопасно. Температура кипения

58 С при 737 мм рт.ст °, температура вспышки выше 150 С. Вязкость углеводородн х растворов при концентрации от 10 до 40% изменяется в пределах 2,5-5,7 спз при 20 С.

При более низких концентрациях вязкость приближается к вязкости растворителя, Эффективность применения смеси алифатических аминов в качестве ингибитора разупрочнения и диспергирования глинистых пород онределялась в лабораторных условиях.

Проверено влияние смеси алифатических аминов на свойства различных буровых растворов: пресного раствора, обработанного УЩР; пресного раствора, обработанного КССБ, хлоркальциевого раствора.

Готовились порции изделий буровых растворов весом 500 г н определялись нх параметры. Затем в эти буровы растворы добавляли в нарастающем коли честве: 0,1; 0,2; 0 5; 1,2; 3; 4; 5; б вес;% смесь алифатнческих аминов.

После каждой добавки смеси алифатических аминов раствор перемешивали в течение б ч на высокооборотной мешалке при 6000 тыс. об/мин. Затем раствьр отстаивался в течение суток и повторно перемешивался ч.

После этого определялись его параметры. Результаты сведены в табл.!.

Как видно из таблицы, с точки зрения влияния на показатели бурового раствора, оптимальная добавка смеси апифатических аминов находится в пределах до 3 вес.X. При увеличении количества смеси ллифатических айинов вязкость, СНС и водостача раство5 !

О

30 ров, обработанных УЩР, КССБ и хлоркальциевых растворов значительно увеличнваются. При добавках смеси алифатических аминов в количестве до 3% практически не наблюдается изменений этих показателй.

Способность указанной смеси замед-. лять диспергирование и разупрочнение горных пород оценивалась по трем методикам, 1.Определялось влияние смеси алифатических аминов на диспергируемость бентонитового глинопорошка в моделях фильтратов растворов, обработанных ЩИ

КССБ и хлоркальциевого раствора. Модели готовились следующего состава:

80% воды + 20% П!Р, 80% воды + 20%

КССБ; 75% воды + 5% СаС12 + 20% КССБ.

Каждый нз приготовленных растворов делили на определенное количество проб объемом 500 см.

К каждой пробе добавляли последовательно 0 5; 1„ 2 5; 5; 10,".15, 20 г смеси алифатических аминов, Затем в каждую пробу добавляли

100 г бентонитового глинопороШка.

Полученные составы перемешивали в течение l ч на высокооборотной мешалке при 6 тыс. оборотов в минуту; затем замерили показатели раствора.

Оценку диспергируемости производили по вязкости, СВС и содержанию коллоидной фазы см.табл.2 на сите высушивали до постоянной массы и взвешивали. Коэффициент устойчивости высчитывали как выраженное в процентах отношение массы остатка на сите nocsze высушиваиия к первоначальной массе аргиялита. Данныесведены в табл. 3.

3. Определялось время устойчивого состояния искусственно приготовленных

861387 Ь их устойчивого состояния в растворах, где имеется смесь алифатических ами" нов в виде оснований, значительно вьппе, чем в растворах, где эта смесь отсутствует. Это подтверждает эффективность смеси алифатических аминов как ингибиторов разупрочнения и диспергирования глинистых пород.

Предварительный подсчет показал следующе е.

Стоимость химобработки 1 и хлор:кальциевого раствора составляет

l4,6 руб. Стоимость химобработки 1 м раствора, содержащего смесь али а. лческих аминов и УЩР, составляет 5,7 руб.

При среднем расходе бурового раствора на одной скважине 800 мз и объеме применения 30-35 скважины в год (по Министерству геологии

Украинской ССРР экономический эффект составит 210-250 тыс.руб.в год.

Таблица 1

Влияние добавок ингибитора .на параметры буровых растворов

80Х 5Х-ного бентоиитового раствора + 20X УЩР кеногаситель

0,1

2 У

3 ¹i

4 В

5 У !

0,2

6 У 1

7 1 1

8 !! - 1

9 !1-

10 В l

11 Р6+5Х УЩР

12 !!7+5Х УЩР

13 l!8+5X YPIP

23 О, 96

4 1,01

5 00

13 1 00 образцов ар.иллита, находящихся нод постоянной нагрузкой в среде бурового раствора с добавкой ингибитора.

Образцы аргиллита готовились из размолотого и просеянного через сито с диаметром ячейки 0,5 мм керна аргиллита. Давление прессования

6000 кгс/см, величина сжимающего напряжения в процессе испытания

60 кгс/см (см.табл.4).

Из данных, приведенных в табл.

2-4, видно, что ингибирующий эффект растворов начинает проявляться нри содержании смеси алифатических аминов в количестве 1-3Х и более. При увеличении содержания смеси алифатических аминов сверх 3% параметры раствора ухудшаются. В связи с этим, оптимальная концентрация указанной смеси находится в пределах 1-3 вес.X от веса бурового раствора, Как видно из таблиц коэффициент устойчивости аргнллитов и время

17 О,И

17 О/!O !

6 0/7

17 О/18 . 19 3/18

19 5/23

21 9/27

32 27/36

49 39/49

49 49/7

l 6 О/13 !

7 2/!8

28 23/28

9 1,02, 9 1,02

8 1,02

9 1,02

9 1,01

10 1,01

11 1,01 !

7 1,0

22 0,98

861387. 8

Продолжение табл. I

4! 28/41 17 1,00

?О/28 13 1,00

16 0,96

16

l7! б О/4 7 1,02

16 О/4 7 1,02

15 О/О б 1 02,!8

0,1

0,2

О/9

3/1!

3/1 9

7 101

7 ),О

0,5

16

8 1,0

8 1,00

22

18

27

15

28

16 !

0,98

20 0 98

3 0,98

О/20 2 0,98

6 0,98

I 7/31 13 О, 98

10 0,98

О 3 9

О/4 9

1,02

В 36

0,1

1,.02

О/4 9

3/12 9

В. 36

У 36

0,2

1,02

1,0

l,01

0,5

19 О 12 8. 1 01

21 4/! 8 IO 1,01

25 8/29 10 1,01 I

42. У Зб

2,0

3,0

Ф 36

I4 В9+5Х УЩР

15 Р15+5Х УЩР

9I4+6X УЩР

8ОХ 5Х-ного бентонитового раствора + 20Х

КССБ пеиогаситель

24 В 1

25 И 1

26 91

27 Ф 22 + 5X КССБ

У 23 + 5X, КС СБ

В 24 + 5X КССБ

30 Р 24 + 5X КССБ

У 26 + 5X КССБ

32 В 23 + 5X КССБ

33 У 29 + 5X КССБ

34 Ф 33 + 5X КССВ

35 Ф 30 + 5X КССБ

36 . В 34 + 5X КССБ

70Х 5-Х-ного беитонитового раствора + 25X KCCB

+ 5X С

3/23

1 9/27

19/43

29/56

О/3

О/3

6/20

I 9/23

13 О;98

17 0,98

22 0,98

4 1,00

4 0,98

3 0,98

861387

Продолжение табл. 1

Добавлено смеси алифатических аминов

Параметры раствора

Состав бурового раствора

НоСИС, см /30, 3 кг/см мин мер растворе

Ву 9

Гсjсм

1,00

39 14/29

4,0

44!,00

41 16/41 . 16

5 0

У 36

45, 41 15/36 17 0,98

У 45 + 5% КССБ

У 46 + 5% КССБ

47

10

У 48 + 5% КССБ

У 49 + 5X КССБ

У 42 + 5X КССБ

51

52

10

20 0/26

16 О/4

У 41 + 5X КССБ

Т а. 4, ai !3 g, а, У 2 ОНВРГНРУ ВВТй ®ВЗВ3 ОЗВИОВОГО гаиноиорвв!кв

80Х воды + 20X У!ЦР

3

° + О, !Х АН3!О

В 1+0 ° 2ХАНПО .В +0,5X АНЛО

У l + 3Х АНПО

9 SO% воды +

3О 99+0,!

33 У 9+ 0,2Х 32 Ф9+ 0,5Х

33 Ф 9 + !Х

20Х КССБ

АНПО

26.

20. .;33 26/33 51 53/63 3) 3 326/339 33

46 У 44 + 5X КССБ

49 У 43 + 5% КССБ б Ф 1 + 2Х АНПО

7 Ф 3 +. ЗХ АННО

8. В l + 4% АННО

34 У 9+ гХ АНПО

35 В9+ ЗХ А889

Фб 75Х воды + 5Х CaC3 +

+ 20Х КССБ

233

237

ЗЬ

Зб

З6

Зб

27

27

22

17

27

2Q

33

23

t3

23/48

22/49

24(2б

24/53 ! l/38

30/33

9/l3

Э/9

20/3723/2б

38(32

36/37

9/32

7/33

О/3

59 73/96

59 83/93

53 76/90

56 73/87

33 38/23

29 30/39

22 8/19

39 . 3/38.

47 5.3/84

45 Я/93

46 58/83

48 53/86

40 М/ 37

29 ЖИ

39 4/ML

380 25б 14

376 250 34

383 246 " 34 . 375 248 !*

83 37/49 l3

32 33/27 33

26 33/37 8

20 5/7 9

Иб, 33:3/339 32

332 33Î 32

332 f36 32

340 342 32

5У 66/73 9

43 35/37. 6

И 3@23 Ъ

861387

12

Паололженйе табл. Я. Диспергируемость бентонитового глинопоровма, . 26

31 ,22.

Р 16 + 1,ОХ АНПО

+ 1 ФХ Аи@

Э 16 + 13,0Х AHIIO

Таблица 3

Диспергируемость образцов аргиллита

Р 1 + 2% АНПО

37 АНПО

4% АНПО

7 Р 1+

10

Р 9 + 0,5% AHIIO

Р 9 + 17. АНПО

-9+ ЗХАНПО

1 80Х воды + 207 УЩР

2 Р 1 + 0,17. АНПО

З Р 1 + 0,2% АНПО

4 Р 1 + 0„5X АНПО

5 .Р 1+ 1% AHIIO

Р 80Х .воды + 207. КССБ

Р 9 + 0,17 АНПО

Р 9 + 0,27. АНПО

14 Р 9 + 2X AHIIO

16, Р 9 + 4% АНПО

23/39 .. ? 6/40

23/41

О/10

Q/Э

О/3

53/N»S 136 И

47 56/59 117 l36 13

49 50/63 ИВ 126/f36 33

33 И/ЗО 46 48/32

19 . Э/И 27 ЗО/ЗЬ

И . а/3 и И/1Е

861387

Продолжение табл..З .

1 >

Номер состава

Козффициеят устойчивости

Состав водкой фары аргиллита

21

22 . Р 1 + 2% АБИО

23 У 1 + ЗЖ АНИО

24 В 1 + 4X AHHO

Таблиц а 4

Время устойчивого состояния искусственных образцов аргиллита(1эсг), 80% 5%-ного. беятонито

+ 20X УЩР

У 1 + 0,1% АНПО

У 1 + 0,2% АНПО

33,6

37

7

49

9,9 + 0,1% АНПО

У 9 + 0,2% АНПО

12

МФ 9 + 0,5X АНПО

У 9 + 1,0% АНЦО

Р 9 + 2: ОЖ АЙПО

13 в r+ 3,0Ж ABHO

У 9 + 4 0% АИРО

17

54

У 75 воды + 20Ж КССВ +

+ 5% СаС1

N 17 + 0,13 АВИО

В l 7 . + О, 2% АНПО

Ф 17 + 0,5Х АНПО

У 1 + 1% АНПО

У 1 + 0,5% AHHO

В 1+ 1% АНПО

У l + 2ЖАНЯО

У 1+ ЗЖИИЮ

В 1+ 4Ж АННО 80%,3-ти Ж-ного бентонитового раство"

Ра + 20X KCCS.

N 75X 5-ти Ж-ного беитоиитового раствоРа + 5 СаС 12 +„30% ИСАВ

l8, В 17 + 0,1% AHHO

46

46

47

53

62

73

861387

16

Продолжение табл. 4

11оT MHH мер сосСостав раствора тава

19 М 17 + 0,2X АНПО

20 17 + 0,5Х АНПО

21 Р 17 + 1Ж АННО

67

17 +

В 17 +

ЗЖ АНПО

3% АНПО

22

79

Формула изобретения

Составитель В. Ягодин

Редактор С, Титова Техред А.Вабинец Корректор E.Рошко

Заказ 6452/6 Тираж 684 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Применение смеси алифатическнх аминов 1в виде оснований) в качестве ингибитора разупрочнения и диспергирования пород, слагающих стенки скважин, в среде бурового раствора в процессе бурения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Роджерс В.Ф. Состав и свой15. ства промывочных жидкостей, М., "Нед ра", 1967, с. 409-452.

2. Кистер Э,Г. Химическая обработка буровых растворов. М,, "Недра", 1972, с. 335-358. яо

3. Аракелова О.А. и др. Коррозия н защиты в нефтегазовой промьпплен« ности, 1972, У 3, с. 10-13 (прототип) .