Способ предупреждения растворения горных пород минерализованной промывочной жидкостью

 

О П И С А Н И Е (i@927844

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советски к

Социвлистическик

Республик

4r

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свиа-ву (51) M. Кл.

С 09 К 7/00 (22)З ено 25.02.80 (21) 2908833д3-03 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 15.05 .82. Бнтллетень № 18

Дата опубликования описания 15.05. 82

Гоаударстввнный комитет ло делам изобретений н открытий (53) УДК 622.243. . 144 (088. 8) 7

M.À.6àáåö, В.С.Сафонов, Г.П.Виноградова, Н .И.Бабец и Н.Д.Нечаев (72) Авторы изобретения

Белорусский научно-исследовательский геологоразведочный институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ РАСТВОРЕНИЯ ГОРНЫХ

ПОРОД ИИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ПРОМЫВОЧНОЙ

ЖИДКОСТЬЮ

Изобретение относится к способам предупреждения растворения горных пород минерализованной промывочной жидкостью при бурении скважин на нефть и соли.

Известен способ предупреждения кавернообразования при бурении разведочных скважин в отложениях солевого комплекса, включающий доведение промывочной жидкости до перенасыщения, которое контролируют по присутствию кристаллов соли в промывочной жидкости t1), Однако при этом способе перенасыщенная промывочная жидкость оказывает абразивное действие на буровое оборудование. Кроме того, этот способ не исключает возможности эашламования скважины в результате выпадения в осадок соли иэ перенасыщенного раствора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предупреждения растворения горных пород минерализованной промывочной жидкостью при бурении разведочных скважин, включающий определение откпонзния концентрации промывочной жидкости до насыщения.

Способ включает определение отклонения концентрации соли в миттерализованной промывочной жидкости от насыщающей путем измерения плотности, а затем последующее доведение промывочной жидкости до насыщения (2).

Однако этот способ малоэффективен. Насыщенный раствор одной соли, не предупреждает растворение в. нем другой соли. Вследствие этого насыщенная, контролируемая по плотности, промывочная жидкость, используемая при этом способе, не исключает возможности растворения в ней солей, составляющих проходимую гор-ную породу при бурении.

Цель изобретения - повышение эффективности способа.

7844 4 данный способ позволяет определять недонасыщенность промывочной жидкос1 ти по отдельным компонентам, слагающим горную породу.

На чертеже представлено устройство для. реализации предлагаемого способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Эталонный образец 1 соли, имеющий

10 форму цилиндра, торцы которого покрыты нерастворимым в воде составом, помещают в промывочный стакан 2 и с торцов зажимают винтами 3, установленными в крышках 4. Промывочный стакан 2 с образцом 1 устанавливают в корпусе 5. Затем устройство с эталонным образцом 1 вставляют патрубком 6 корпуса 5 в шланг сливной магистрали бурового насоса. Включают

2р буровой насос на время Ж . Во время прокачивания промывочной жидкости через скважину измеряют ее температуру, плотность и относительную вязкость, Кроме того, отбирают пробу д промывочной жидкости и измеряют плотность фильтрата промывочной жидкости ° Через время dt насос выключают. Эталонный образец 1 соли извлекают из промывочного стакана 2, Зр взвешивают и измеряют его радиус.

1 dx

KS dt гд йС = СН- С, где Сн — концентрация насыщения соли в промывочной жидкости;

С вЂ” концентрация соли в промы40 вочной жидкости;

К - коэффициент скорости раст. ворения соли;

S — - лощадь растворения эталонного образца соли;

„d> — потеря массы образца соли

45 за время.

Эталонный образец формируется из соли одного химического состава, например только из КС1 или только из

Na С0 . Для определения недонасыщенности промывочной жидкости по КСР, на сливную магистраль бурового насоса устанавливают эталонный образец, изготовленный только из КС0, соответственно для определения недонасыщенности промывочной жидкости

no NaCO устанавливают эталонный образец МИ и т.п. Таким образом, CP

Поставленная цель достигается тем, что на сливной магистрали из скважины устанавливают эталонный образец соли, составляющий проходимую горную породу, определяют потерю его массы, а отклонение концентрации промывочной жидкости определяют расчетным путем.

На сливной магистрали устанавливают эталонный образец соли, составляющей проходимую горную породу, определяют потерю массы, а отклонение концентрации промывочной жидкости рассчитывают по формуле лС = . х

KS dt где ЬС вЂ” отклонение .концентрации промывочной жидкости от насыщенной;

К - постоянная скорости растворения соли;

S - -площадь поверхности растворения эталонного образца соли;

d — потеря массы эталонного обХ разца соли .за время.

О растворении горных пород на забое скважины за счет растворения одной из солей, слагающих проходимую породу, судят по растворению эталонного образца этой соли, которое описывается уравнением

Рассчитывают потерю массы образца по формуле

- dx-=x1 -xQ, где Й вЂ” потеря веса образца соли; х 1 — масса образца соли до растворения; х — масса образца соли после растворения.

Рассчитывают средний диаметр образца на интервале растворения где D p — средний диаметр образца соли на интервале растворения;

Н вЂ” высота образца соли; р - плотность материала образца соли.

Затем рассчитывают среднюю площадь поверхности растворения образца соли на интервале растворения

СР ср где $ ср — средняя площадь поверхности растворения эталонного образца соли.

Далее рассчитывают среднюю скорость потока бурового раствора на интервале растворения по формуле

927844

Отклонение концентрации соли в промывочной жидкости от насыщающей рассчитывают по следующей формуле

35

В т{ ® где Т - вязкость промывочной жидкости

К вЂ” поправка на вязкость и содержание твердой фазы в промывочной жидкости.

55

Значения коэффициента скорости растворения К расчитывается по формуле

К = K (1 + Кх )-КВ en

5 (1 — Dcp )

Q. Я. где Чср — средняя скорость потока промывочной жидкости на интервале растворения;

D - -внутренний диаметр промы- !О вочного стакана;

g — - производительность насоса.

Значения коэффициента скорости растворения соли К в зависимости от скорости потока определяют по эмпе- !5 рическим зависимостям, полученным в лабораторных условиях.

Температурную поправку к коэффициенту скорости растворения соли рассчитывают по формуле 20

К „= 0,04(tщ„„- 1О )» где Кь - температурная поправка к коэффициенту скорости растворения соли; о й„ „„ — температура промывочной жидкости.

Затем рассчитывают разность плотностей промывочной жидкости и ее фильтрата

"П АССР» . 30 где gj - разность плотностей промывочной жидкости и ее фильтрата;

j - плотность промывочной жидкости;

j<>- плотность фильтрата промывочной жидкости.

Значения содержания твердой фазы в промывочной жидкости в зависимости от величины Ц определяют по экспериментальным зависимостям, полученным в лабораторных условиях.

Затем рассчитывают поправку на вязкость и содержание твердой фазы в промывочной жидкости по формуле 45 ьс — Х»

К Sc1dt где dt - время растворения, К = К (1 + К1).К6

Пример. При бурении геологоразведочных скважин в породах, содержащих галит и сильвинит (NaC1 и KCl) применяется промывочная жидкость на водной основе, насыщенная по МяГ1 и КС1, обработанная глинопорошком и стабилизированная модифицированным крахмалом. Для предупреждения растворения сильвинита берут эталонный образец калийной соли цилиндрической формы, изготовленный из калийного концентрата технического 2 сорта ГОСТ 4568-74 . Торцы образца покрыты нерастворимым в воде составом — клеем Бф. Масса образца х 180 г, высота образца Н

7,9 см, а плотность материала образца хлористого калия р 2,0 г/см

Образец 1 помещают в промывочной стакан 2 и фиксируют зажимными винтами 3. Затем стакан 2 с эталонным образцом 1 устанавливают в корпусе 5. Устройство с эталонным образцом 1 вставляют патрубком 6 корпуса 5 в шланг сливной магистрали бурового насоса. Включают буровой насос на dt 30 мин. с производительностью ()20 л/мин, устанавливаемой с помощью емкости и секундомера.

Во время прокачивания промывочной жидкости через устройство с эталонным образцом отбирают пробу промывочной жидкости и с помощью термометра, ареометра АГ-3; воронки

СПВ-5 из копмлекта лаборатории качества глинистых растворов ЛГР-3 определяют температуру 1„ „„, плотность j и относительную вязкость Т промывочной жидкости..

t 3м=15 С, 1„=1,31 г/см, T=20 с

Кроме того, измеряют также плотность фильтрата промывочной жидкости 1О = 1,23 г/см . По истечении

3.

30 мйн насос выключают. Эталонный образец извлекают из промывочного стакана 2 и взвешивают х!» = 120 r.

Измеряют также внутренний диаметр промывочного стакана D - =4,2 см.

Рассчитывают потерю массы образца д1!=х q-х = 50 г ния хт 2) х

3,4 (см) он 5

Таблица1

0,6 0,4 ср м/сек

0,8

0,48 0,42 при < 10 С

К", см/мин

0,6

0,54

Т а б л и ц а 2

0,01-0,02 0,03-0,06 0,07-0,08 0;09-0,11 0,12-0,14 д j „г/см

Ь j<% на

100 г растворителя

10

45

В

15 — 0,6

55 d личина (С вЂ” Сх), т.е.

К, Рассчитывают средний диаметр

ВСР образца на интервале раствореРассчитывают среднюю площадь поверхности растворения образца соли на интервале растворения

Sce = Х Dcp Н = 84,6 см

Значения К" получены при растворении эталонных образцов КС1 в лабораторных условиях чистыми растворами солей КС1 и NaC1 с известными . концентрациями, исходя из основного уравнения кинетики растворения со1 Д ьС

KS dt

Для данного бурового раствора .К

= 0,5 см/мин. Затем определя т темСредняя плотность глины 2,3 г/с4.

Табл; 2 составлена на основании опытных данных для промывочных жидкостей с содержанием NaC1 и КС1 близких к насыщающим.

15/, Рассчитывают поправку к коэффициенту скорости растворения соли на отклоение вязкости и содержание твердой фазы в промывочной жидкости от табличных 1 (1 + — -)

Рассчитывают значение коэффициента скорости растворения

927844 . 8

Рассчитывают .среднюю скорость потока бурового раствора на интерва ле растворения

5 сР— 0 71 (м/с) Ж - 11ср)

Значения коэффициента скорости растворения соли в зависимости от скорости потока бурового .раствора

10 приведЕны в табл.1.

20 1 пературную поправку к коэффициенту скорости растворения

K „= 0,04(tèçì - О)

Определяют разность плотностей

25 промывочной жидкости и ее фильтрата по формуле

g j .„= j > )ср= 0 08 (2/см ) По табл.2 находят содержание твердой фазы hj в промывочной жидкости в процентах, К = К (1 + К 10) КВ = 0,36

Определяют отклонение концентрации соли КС1 в промывочной жидкости от насыщенной

ЬС вЂ” — 56 (кг/м )

d ° 10 3

1 СР

При изменении условия. процесса растворения (например, при повышении температуры) в уравнении — = KS(C — С„) . Изменится веду

dt скорость растворения соли, коэффициент скорости растворения и величи.

927844

Формула изобретения

20 на недонасыщенности, последняя из-. менится за счет изменения концентрации насыщения данной соли С (текущая концентрация соли С х остается той же, что и раньше, и соответствует средней концентрации этой соли в объеме промывочной жидкости, про.шедшей через кассету с эталонным образцом), фиксируя величину

d _#_

dt (потерю массы образца) непосредственным инструментальным замером и располагая табличными значениями коэффициента скорости растворения для различных солей (в примере для соли КС1) и эмпирическими поправочными коэффициентами (в данном примере поправочным коэффициентом на изменение коэффициента скорости растворения при нагреве потока растворителя), можно вычислить непосредственно величину

С вЂ” С х = ЬС при данной (повышенной) температуре.

Способ предупреждения растворения 2s горных пород минерализованной промывочной жидкостью при бурении геологоразведочных скважин по сравнению с известными способами позволяет довести промывочную жидкость до состояния насыщения, предупреждающего растворение в ней соли (солей), слагающей проходимую при бурении горную породу. При этом повышается ка, чество керна продуктивного горизонта в соленосных отложениях и снижается кавернообразование.

При использовании данного способа снижается аварийность буровых работ, вызванная кавернообразованием и выпадением избытка соли минерализованной промывочной жидкости в осадок.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа в Старобинской поисково-разведочной партии

Белорусской геологоразведочной экспедиции при ведении буровых работ на калийные соли 1367 руб. ежегодно.

Способ предупреждения растворения горных пород минерализованной промывочной жидкостью при бурении, включающий определение отклонения концентрации промывочной жидкости до насыщения, о т л и ч à ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения эффективности способа, на сливв из скважины устанавливают эталонный образец соли, составляющий проходимую горную породу, определяют потерю его массы, а отклонение концентрации промывочной жидкости определяют расчетным путем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнения в бурении. И., "Недра", 1977, с,. 226.

2. Кравец С.Г. и др. Бурение глубоких скважин в подсолевых и солевых отложениях. И., "Недра", 1979, с. 173 (прототип), 27844

Составитель А.Балуева

Редактор Н.Киштулинец Техред И, Гайду Корректор M,Шароши

Заказ 3167/36 Тираж 658 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1t3035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

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