Изобретение относится к бурению скважин, в частности к средствам и методам борьбы с обвалами, кавернообраэованием путем укрепления неустойчивой породы стенок скважины в процессе бурения.

Известны способы химически обработанных глинистых. растворов с минимальной водоотдачей, применение утяжеленных глинистых растворов с минимально возможными значениями вязкости и водоотдачи, использование новых рецептур калиевых, кальциевых и других промывочных жидкостей, обеспечивающих ингибирующее действие 15 на породу(1).

Недостатками известных способов являются сложность осуществления и регулирования свойств, а также большой расход дорогостоящих реагентов. 20

Наиболее близким к изобретению является способ обработки бурового раствора путем униполярной электрообработки бурового раствора в зоне одного иэ основных электродов диафраг- 25 менного электроактиватора до заданной величины редокс-потенциала(2 (. .Однако буровой раствор, обработанный известным способом характеризуется низкой крепящей способностью. 30

Целью -изобретения является повышение крепящей способности бурового раствора, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки бурового раствора путем униполярной электрообработки бурового раствора в зоне одного из основных электродов диафрагменного электроактиватора до заданной величины редокс-потенциала, униполярную электрообработку производят в зоне отрицательного электрода до значений редокс-потенциала от

-200 до -900 мВ..

На стенки скважины электрическое воздействие осуществляют электрически заряженным буровым раствором, причем электрический заряд в буровом растворе создают предварительно перед закачкой егоs скважину путем униполярной электрообработки его в зоне основного отрицательного электрода диафрагменного злектроактиватора до заданной величины редокс-по- тенциала обработанного бурового раствора и эту величину редокс-потенциала поддерживают одинаковой по всему стволу скважины.

Сущность изобретения заключается в следующем.

996425

Буровой раствор перед закачкой в скважину в процессе его циркуляции

)подвергается униполярной электрообработке в зоне основного отрицательного электрода диафрагменного электроактиватора. 1

Глинистые частицй в буровом раст-. воре находятся в виде мицелл, имеющих ядро с внутренней. обкладкой двойного слоя (ДС) и внешний ионный слой (поглащенные ионы). 10

В результате электроообработки бурового раствора в зоне основного отрицательного электрода диафрагменного электроактиватора происходит отторжение внешнего ионного слоя от мицеллы, в результате чего она приобретает отрицательный заряд.

В результате взаимодействуя отрицательно заряженного буровогЬ раствора со стенками скважины происходит процесс замещения в поглощающем комплексе стенок скважины ионов К+ и йа на катионы Н, Са+, .М +» А1

+++ г ю 9 р и Fe, в результате чего уменьшается толщина водной оболочки глинистых частиц, степень их.гидратации, гидрофильность, набухание и раз-, мокание, повышается водоустойчивость.

В результате вторичных химических реакций электролиза на стенках скважины образуются различные цементирующие вещества, способствующие повышению прочности стенок скважины за счет заполнения пор и пустот подобными цементирующийи веществами,,такими как гидроокись кальция, гид- % росиликат кальция. Все это в результате процессоь" кристаллизации ,и перекристаллизации значительно повышает эффективность закрепления стенок скважины. 40

Естественный потенциал горных пород, слагаюШих стенки скважины, составляет (+150) -(+ 250) мВ.

Буровой раствор до электрообработки имеет потенциал от +150 до 45

250 мВ.

Как показывают испытания электрообработку бурового раствора, с целью укрепления стенок скважины, целесообразно проводить до значений редокс- 5О ,потенциалов от -200 до -900 мВ. При величине.редокс-потенциала бурового раствора менее вЂ” .200 мВ процесс укрепления стенок скважины идет очень медленно, и желаемый эффект. может быть достигнут - только путем многократных обработок бурового раствора, а при потенциале -900 мВ не происходит ощутимого повышения эффективности процесса, и,следовательно, нерационально продолжать электрообработку раствора.

Так как стенки скважины могут .быть сложены породами более кислыми (редокс-потенциал приближается к нижнему пределу +150 мВ) и более щелочными (редокс-потенциал приближается к верхнему пределу +250 мВ, то и редокс-потенциал эакачиваемого в скважину бурового раствора должен выбираться в пределах от -200 до - 900 мВ, так как экспериментально доказано, что для того, чтобы электрообработанный буровой раствор оказывал укрепляющее действие на стенки скважины, необходимо, чтобы разница потенциалов между электрообработанным буровым раствором и стенками скважины составляла не менее 400 мВ по абсолютной величине.

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе бурения скважины при вскрытии пластов того или иного метологического состава для укрепления стенок скважины прочной и плотной глинистой коркой буровой раствор перед закачкой его в скважину под вергают, униполярной электрообработке в зоне основного отрицательного электрода диафрагменного электроактиватора до заданного значения редокспотенциала, величина которого выбирается в зависимости от величины редокс-потенциала вскрытых пород.. .Для того, чтобы глинистая корка по всему стволу скважины была одинаковой толщины, плотности и прочности, величину редокс-потенциала элект-. рообработанного бурового раствора поддерживают одинаковой (однозначной) по всему стволу скважины по отношению к вскрываемым пластам.

Для этого первую порцию бурового раствора обрабатывают до величины максимального значения редокс-потен-. циала (в пределах заданных значений), а в последующих порциях величину редокс-потенциала снижают до номиналь-. ного значения таким образом, чтобы разность величин потенциалов между породой, слагающей стенки скважины, и буровым раствором составляла

400 мВ по абсолютной величине.

В этом случае в первой порции бурового раствора при взаимодействии со стволом скважины в результате ионно-обменных процессов редокспотенциал несколько снижается.

В последующих порциях бурового раствора редокс-потенциал снижается на меньшую величину при взаимодействии со стенками скважин, так как на них уже образовалась глинистая корка определенной величины.

Поэтому при электрообработке бурового раствора на поверхности перед закачкой его в скважину необходимо. регулировать величины редокс-потенциала от максимальной до номинальной для поддержания величины редокс-потен циала однозначной в потоке бурового раствора по всему стволу скважины.

5 . 9964

Пример 1. Одним из существен- .ных свойств изучаеьви пород является их водоустойчивость, которую исследуют по скорости .и характеру раэмокания туронских и альбских глин, взятых иэ разреза скважин 150 пло« щади Зеварды, на стандартном приборе ПРГ-2.

Образцы пород (10 r) помещают в электрообработанный фильтрат бурового раствора с .потенциалами -100 10

-200, -400, -600, -800, -900, .-1000, -1200 мВ и определяют их размокание. Контрольный образец опускают в необработанный фильтрат бурового раствора. 35

Набухаемость туронских и альбских глин, взятых иэ того же разреза площади Зеварды, изучают по методике и на приборах, разработанных в ИИНХ и ГП им. И.И.Губкина. 20

Для опытов взяты образцы туронских и альбских глин (2 r) и помещены в фильтраты бурового раствора, имеющие потенциалы-100, -200,, -400, -600, -800 -900. и -1000 мв. 25 Контрольный образец находился в необработанном фильтрате бурового: раствора.

Редокс-потенциал бурового раствора измеряют на лабораторном ионометре И-120. Величина редокс-потенциала служит мерой интенсивности процессов окисления - восстановления в системе и определяется соотношением концентраций окисленной и восстановленной форм ионов, образующих данную систему.

В табл.1 приведено изменение физических свойств глин, подвергнутых воздействию электрообработанного фильтрата бурового раствора.

Как видно из табл.1 электровоз- 40 действие на гилинистый материал снижает его размокание и набухание, что обеспечивает снижение кавернообраэования в стволе скважины. Учитывая, что потенциал породы в среднем 45 равен +200 мВ, оптимальные значения редокс-потенциала бурового раствора должны находиться в пределах (-200) вЂ” (-900) мВ. При значении редокс-потенциала менее -200 мВ набухание и размокание практически не изменяются.

Увеличение редокс-потенциала после «900 мВ мало влияет на набухание и размоканне, а знергозатраты становятся больше.

25 и. магния в карбонаты СаСО9 и МЯСО, которые участвуют в цементации стенок скважины. Часть кальция связывается коллоидными частицами с обра.зованием CaS i 0ý.

Новый способ обработки бурового раствора обладает простотой использования н высокой технико-экономической эффективностью, обусловленной . следующими факторами. Сокращается время на механическое бурение за счет снижения объема разбуриваемой породы-(резкое снижение канернознообразования) на 30%. Уменьшаются затраты, связанные с цементированием скважины, что объясняется тем, что в связи с сохранением номинального диаметра ствола скважины уменьшается расход тампонажного цемента на 15-20В н сокращается время цементировання скважины. Повышается качество цементировання скважины за счет лучшего заполнения тампонажным материалом затрубного пространства.

Годовой экономический эффект по предварительным расчетам составляет до 1,5-2 млн. руб.

В результате электровоздействия на фильтрат бурового- раствора из него выпадают гидроокиси Са(ÎH)g и

Ма(ОН), что приводит к изменению 60 физико-механических свойств: прочности и водоустойчивости грунта. Эти свойства повышаются со временем вследствие карбонизацни, т.е. превращения гидратов окисей кальция 65

Пример 2. На скважине 48 площади Зеварды в интервале бурения

406-2720 м, представленном глинистыми, аргиллитовыми и.песчанистыми породами, используют промывочную жидкость, которая до ввода в скважину пропускается через зону основного отрицательного электрода диафрагменного электроактиватора. В электрообработанный буровой раствор вводится крахмал УЩР КИЦ.

Редокс-потенциал бурового раствора, закачиваемого в скважину, составляет (-470) - (-630)мВ и номинально поддерживается -470 мВ по всему стволу скважины.

В качестве контрольной выбрана скважина 150 площади Зеварды, которая выбурнвается в аналогичном разрезе с подобной конструкцией и промывочной жидкостью, . не подвергнутой электровоздействню. Редокс-потенциал бурового раствора + 200 мВ.

Сопоставление полученных даннЫх показывает, что предлагаемый метод позволяет значительно повысить устойчивость пород, слагающих стенки скважины.

В табл.2 приводятся результаты кавернометрическнх исследований на скважине 48 площади Зеварды(дк „„ =

= 269 нм), пробуренной с применением предлагаемого способа, и на контрольной скважине 150 этой же площади, пробуренной по общепринятой техно,логии.

996425

Таблица 1

Потенциал фильтрата, Набухание, В мВ

Раэмокание, кг/см .

Глина

+200

Туронска я

7,37

5,53

2,11

1,56

0,1

0t1

1,55

+2С 0

Альбская

-100

8,70

2, 1.6

0, 1 2

0,55

0,50

0,08

Таблица 2

На скважине 46 используется буровой раствор, подвергнутый электровоэдействию

Глубины, м Интервал, м Устредненный диаметр, мм

406-7 51

345

400-470

470-570

268

300

751-790

100

290

173

260

570-830

270

300

930-960

130

320

960-1005

270

290

1005-1020

1020-1300

280

320

)14

280

270

305

7.90-963

963-990 990-1036

1036-1150 1150-1195

-100

-200

-400

-600

-800

-900

-1000

-200

-400

-600

-6 00

-900

-1000

33,72

30,24

29,81

10,15

25, 74

22,30

20,19

18,15

10,21

На скважине 150 используется буровой раствор, не подвергнутый электровоэдействию

Глубины, м Интервал,м Усредненный диаметр, мм

996425

На скважине 150 используется буровой раствор. не подвергнутый электровоздействию

Глубины. м Интервал.м Усредненный диаметр. мм

1300-2020

720

380

295

"2020-2140

120

270

290

285

65285

330

270

340

295

130

310

320 2475- 2485

290

1341-1370

270

275

1370-1400

1400-1486

2485-2600

Коэффициент кавернозности К 1, 556

300

280

1486-.1571

122

310

275

310 .

275

295

122

1988-2021

270

2021-2050

2050-2185.

2185-2344

290

275

135

159

280

2344»2545

201

270

2545-2620

Kmmig093

100

2620-2720

На скважине 48 используется буровой, .раствор, подвергнутый электровоздействию . ствию

Глубины. м Интервал. м Усредненный диаметр. ма 1195-1206

1206-1228

1228-1250

1250-1263

1263-1325

1325-1341

1571-1693

1693-1728 .1728-1746

1746-1798

1798-1835

1835-1866

1866- 1988

Еоэффициент кавернозности

2140 2205 . 2205-2260

2260-2390

2390-2475. Продолжение табл. 2

996425

Формула изобретения

Составитель A.Áàëóåâà

ТехредМ.Гергель Корректор A.Ференц

Редактор И. Митровка

Тираа 637 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 . Ваказ 839/36

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

Способ обработки бурового раствора путем униполярной электрообработки бурового раствора в зоне одного из основных электродов диафрагменного электроактиватора до заданной величины редокс-потенциала, о т л и ч а ю" шийся тем, что, с целью повышения крепящих свойств бурового раствора, униполярную электрообработку производят в зоне отрицательного электрода до значений редокс-.потенциала от -200 до -900 мВ.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

5 1. Городнов В.Д. Физико-химичес- кие методы предупреищения ослоанений в бурении. М., "Недра", 1977, с.253.259.

2. авторское свидетельство СССР

10 по заявке Ю 2764611/03, кл. E 21 В 21/00у 1979 (прототип) .