Модифицированный гуматный реагент для обработки буровых растворов

 

Союз Советских

Со@ивлистйч@ских

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 883139 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250478 (21) 2612938/23-03 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 231181, Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 231181 (5!)М. Кл з

C 09 К 7/04 (53) УДК 622.243.144.2 (088.8) Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

П.A. Лещинский, И.Е. Данильченко, p=;H-.-Шнапер

В.П. Злобин, П.В. Ткаченко и Я.И,. Гера (72) Авторы изобретения!

Днепропетровское отделение ИнституТа минеральных ресурсов

Министерства геологии Украинской CCP и .Семеновский заброд горного воска Министерства нефтяной промышленности (71) Заявители (54) МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ГУМАТНЫЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ

ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится .к горному делу, в частности получению химических реагентов для обработки буровых растворов.

Известен порошкообразный углещелочной реагент, полученный путем обработки бурового угля едким нат poM (11.

Недостатками известного реагента являются неполное извлечение гуминовых кислот иэ бурового угля, невысокая термостойкость и солестойкость образовавшихся гуматов. Наличие свободной щелочи (гидроокиси натрия) способствует диспергированию выбурен- 15 ных частиц глинистых пород до коллоидных размеров, интенсивный переход которых в глинистый раствор приводит к увеличению его вязкости и тиксотропности. Высокая щелочность 20 реагента способствует набуханию и осыпанию глинистых пород, слагающих ствол скважины, что приводит к осложнениям в процессе бурения и в результате чего понижается производитель- 25 ность бурения.

Известен также модифицированный гуматный реагент для обработки буровых растворов, содержащий бурый уголь, аминоспирт и щелочь (2). 30

Однако для данного реагента характерна недостаточная термостойкость, что не позволяет использовать его для обработки буровых растворов, применяемых для промывки глубоких скважин. Кроме того, обработанные данным реагентом растворы не обладают достаточной стабильностью.

Целью изобретения является улучшение качества реагента за счет повышения его термостойкости и стабилизирующих свойств.

Укаэанная цель достигается тем, что в качестве аминоспирта реагент ,содержит триэтаноламин, а в качестве щелочи — гидроокись калия, причем соотношение компонентов следующее, вес.ч .

Бурый уголь 100

Едкий калий 15-20

Триэтаноламин 2-4

Для приготовления реагента был взят бурый уголь разреза Балаховс- кий после экстракции бутиминоэных веществ.

Для определения оптимальных соотношений компонентов, входящих в нОвый реагент, были испытаны 13 соста- вов.

883139

Результаты испытаний по определению выхода свободных. гуминовых кислот, водоотдачи, влажности 13 составов реагентов, приготовленных по сухому способу, приведены в табл. 1.

Данные таблицы показывают, что наибольший выход свободных гуминовых кислот при приготовлении реагента по сухому способу после экстрагирования битуминозных веществ приходится на реагент (состав 8) с соотношением компонентов, вес.ч.: бурый уголь 10, едкий калий 2, триэтаноламин 0,4, т.е. при соотношении триэтаноламина к едкому калию 1:5.

При таком соотношении выход сво- 15 бодных гуминовых кислот составляет

45,2%, водоотдача 2 см, .что значительно превышает установленные по

ТУ-39-01-247-76 для порошкообразного углещелочного реагента (выход гумн- 2О новых кислот 30%, водоотдача 6-8 см

3 состав 13) .

При увеличении или уменьшении соотношений компонентов реагента едкого калия к триэтаноламину выход гуминовых веществ уменьшается и, следовательно, возрастает.водоотдача.

Для количественного сравнения выхода свободных гуминовых кислот, извлеченных по ГОСТУ 9517-77 п.2, и предлагаемого состава реагента из буровых углей Балаховского разреза проведены испытания, сущность которых заключалась в однократном извлечении гуминовых кислот 1%ным водным раствором щелочи с добавками триэтаноламина в концентрациях от 0,1 до 1% при нагревании, последующем осаждении их минеральной кислотой, прокаливании осадка и определении веса этого осадка. 40

Результаты испытаний по определению выхода свободных гуминовых кислот из бурого угля разреза Балаховский представлены в табх . 2.

Данные табл. 2 показывают, что 45 добавление триэтаноламина позволяет увеличить выход из угля содержащихся в нем свободных гуминовых кислот на горячую массу более чем в

1,5 раза по сравнению со стандартным методом. Дальнейшее увеличение количества триэтаноламина от 0,75 до 1% незначительно увеличивает выход гуминовых кислот.

Пример конкретного исполнения способа получения нового порошкообразного реагента в производственных условиях: бурый уголь Балаховского разреза после экстракции битумов сборным конвейером подавался транспортером в бункер. Из бункера 60 бурый уголь при 40-45 С лопастным дозатором подавался в помольно-смесительный аппарат, в котором насосом через форсунки подавался 45%-ный едкий калий в соотношении: на 5 вес.ч-65 бурого угля 1 вес.ч. едкого калия (B пересчете на сухое вещество) .

После перемешивания реакционная масса поступает в шнековый смеситель в соотношении: 1 вес.ч. триэтаноламина на 5 вес.ч. едкого калия. С целью ускорения реакции взаимодействия целевого продукта с триэтаноламином завод изготовил паровую рубашку к шнековому смесителю, куда подавался горячий воздух с температурой 120140ОС.

Из шнекового смесителя реагент поступил в приемный .бункер, где фасовался в ламинарные крафтмешки.

Получение нового реагента сопровождалось большим выделением тепла в результате взаимодействия гуминовых кислот с едким калием и триэтаноламином с образованием гуматоь калия и гуматов триэтаноламина. Снижение влажности реагента достигается за счет экзотермической реакции и, тем самым, сокращается расходы энергии на систему сушки.

В лабораторных условиях определены реологические свойства полученного нового реагента при следующих соотношениях компонентов, вес.ч.:

Бурый уголь (на сухую массу) 5

Едкий калий 1

Триэтаноламин 0,2

Результаты испытания по определению удельного веса, водоотдачи, вязкости 15%-ого водного раствора реагента приведены в табл. 3.

В ходе производственных испытаний установлено, что реагент обладает повышенной термостойкостью (165170oC) и может применяться при бурении глубоких скважин с проектной глубиной 4500-5000 м,при общей минерализации 2,5%.

Термостойкость реагента достигается в результате взаимодействия гуми.— новых кислот с триэтаноламином. Кроме того, триэтаноламин является ингибитором термоокислительной деструкции гуматов калия.

Триэтаноламин обладает малой: етучестью (давление паров 0,049 мм рт.ст.), температура кипения триэтаноламина 3604С.

Опыты бурения скважин показали, что в состав буровых растворов должны входить компоненты, гидрофобизирующие поверхность частиц выбуренных пород, особенно глинистых.

К компонентам, оказывающим гидрофобное воздействие, относятся аминосоединения. Таким компонентом в реагенте является триэтаноламин, который подавляет диспергирование выбуренного шлама и, тем самым, способствует снижению вязкости бурового раствора.

Триэтаноламин и гуматы триэтаноламина проявляют гидрофобизирующие

883139

Таблица 1

Влага, %

Состав, Р

Соотношение компонентов едкий калий: триэтаноламин, вес,ч.

Экстра- Едкий гиро- калий ванный уголь

Триэтаноламин

38,6

24 0 3,5

23 5 4,0

22,0 4,5

26,0 5,0

28,0 3,5

28,0 4,0

27,0 4,0

28,0 2

10з1

0,2

37,0

9,5:1

0,2

36,4

9:1

0,2

34,5

8:1

0,2

6,7:1

6,3!1

40,0

0,3

38,4

0,3

37,7

6:1

0,3.7

45,2

5 1

0,4

43,0

42,3

2,5

4,8:1

4,5:1

27,0

0,4

26,5 3,0

24,0 3,5

23,0 4,0

0,4

38,8

4:1

0,4

36,9

3,7:1

0,4

12

Контрольный

10 2,0

29,8

26,0 8 по ГОСТУ 9517=77. (ингибирующие) действия на неустойчивые глинистые породы, ограничивая их набухание и расслоение, и тем самым .уменьшают осыпи и обвалы стенок скважин.

Кроме того, одним из путей повышения устойчивости пород, слагающих стенки скважин, является упрочение глин путем химического закрепления с изменением минералогической характеристики этих пород. Наиболее эффективное преобразование происходит при взаимодействии глин с раство,рами солей калия (такими солями в реагенте являются гуматы калия, ко торые образуются при взаимодействии гуминовых кислот с едким калием).

В результате катионного обмена ион калия наиболее прочно (по сравнению с другими катионами) удерживается глинистыми минералами, так как входит в межпакетные пустоты в кристаллах глин,в силу своих геометрических размеров.

В результате постепенного обогащения глин калием меняется минералоги.ческий состав и свойства глинистых пород, которые становятся хорошо ,окристаллизованными гидрослюдами со слабой гидрофильностью.

Таким образом, применение гуматного реагента в геологоразведочном и эксплуатационном бурении позволит остав реагентов, вес.ч.

10 2,0

10 1,9

10 1,8

l0 1,6

10 2,0

10 1,9

10 1,8 ,. 10 2,0

12 1,9

12 1,8

12 1,6

12 1,5 успешно вести проводку глубоких высокотемпературных скважин и будет способствовать повышению устойчивости стенок скважин.

Завод изготовил специальное оборудование для внедРения Реагента в производство.

Иеагент нетоксичен, не вызывает коррозии металлов (триэтаноламин является ингибитором коррозии) и обладает смазочными свойствами, что clIQ собствует увеличению срока службы заводского оборудования и бурильных труб.

Предлагаемый реагент значительно превосходит по термостойкости известный углещелочной реагент (термостойкость которого 100-110 C). В результате того, что реакция выщелачивания гуминовых веществ идет значительно быстрее и полнее, пре20 дотвращается самовозгорание реагента при производстве его в заводских условиях и при хранении на складах.

Внедрение модифицированного гуматного реагента в практику бурения 5 даст ощутимый технико-экономический эффект, так как стоимость предлагаемого порошкообразного гуматного реагента 68-80 руб. эа тонну (в зависи-. мости от сорта),с термостойкого реагента карбоксимцеллюлозы 1870 руб. за тонну °

Водо- Выход свободотда- ных гуминоча,см9 вых кислот на сухую массу,Ъ

883139

Таблица 2

Выход своодных гуминовых кисот,Ъ на гоячую массу

Концентрация в раствор

Едкий натр

Триэтаноламин

56,5

0,1

69,1

72,8

0,1

0,15

0,25

77,7

9,5

80,6

0,75

86,2

88,3

Таблица 3

Компоненты реагента

Соотношение Удельный компонентов, вес,г/см

3 вес.ч.

Вязкость, с

Водоотдача, см

Бурый уголь (на сухую массу) 5

Едкий калий 1

Триэтаноламин 0,2

1 01

Бурый уголь 100

Едкий калий 15-20

Триэтаноламин 2-4

Формула изобретения

Составитель В. Никулин

Редактор И. Николайчук Техред М.Голинка Корректор С. Щомак

Заказ 10120/36

Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Модифицированный гуматный реагент для обработки буровых растворов, содержащий бурый уголь, аминоспирт и щелочь, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества реагента за счет повышения его термостойкости и стабилизирующих свойств в качестве аминоспирта реагент содержит триэтаноламин, а в качестве щелочи — гидроокись калия, причем соотношение компонентов следующее, вес.ч.:

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гурвич М.M. Исследование углещелочного реагента, применяемого в нефтяном бурении. Баку, 1960.

45 2. Авторское свидетельство СССР

М 618402, кл. С 09 К 7/02, 1976 (прототип).