Безглинистий вапняний буровий розчин

Реферат: UA 109830 U UA 109830 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до галузі буріння свердловин, а саме газових і нафтових свердловин, у тому числі у складних гірничо-геологічних умовах. Відомий буровий розчин (див. патент на корисну модель України № 71328, МПК (2012.01) С09К 8/00 опубл. 10.07.2012 р., Бюл. № 13), який вміщує полісахарид рослинного походження (екструдат, висівки, борошно), гуматний реагент, луг і воду. Додатково вміщує бентонітову глину. Як луг застосовують гідроксид кальцію. Буровий розчин за аналогом складається з недорогих компонентів, є інгібованою і екологічно чистою системою. Недоліком розчину є невисока термостійкість. Відомий буровий розчин (див. патент на корисну модель України № 20698, МПК (2007) С09К 8/00, С09К 8/02 опубл. 15.02.2007 р., Бюл. № 2), вибраний за найближчий аналог, який вміщує водорозчинні синтетичні і/або рослинного походження полімери, гумати лужних металів, гідроксид кальцію та інертні тверді неорганічні частинки і воду. Буровий розчин за прототипом є солестійкою інгібованою системою, яка є стійкою до дії температур до 120 °C. Недоліками розчину є недостатньо високі термостійкість та інгібуюча дія відносно набухання та руйнування глинистих порід. Задачею даної корисної моделі є підвищення термостійкості розчину до 150 °C, а також підвищення інгібуючих властивостей. Для вирішення поставленої задачі безглинистий вапняний буровий розчин, який вміщує водорозчинні полімери, гумати лужних металів, гідроксид кальцію, інертні тверді неорганічні частинки і воду, згідно корисної моделі, додатково вміщує органічний антиоксидант і інгібітор руйнування гірських порід - вуглеводневу дисперсію бітумних та асфальтенових сполук при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: водорозчинні полімери карбоксиметилцелюлоза, (КМЦ) поліаніонна целюлоза, (ПАЦ) гідролізований поліакрилонітрил і/або частково гідролізований поліакриламід (ЧГПАА) тощо 0,3-1,0 гумати лужних металів порошковий вуглелужний реагент (ПВЛР), гуматнокалієвий реагент (ГКР), торфолужний реагент (ТЛР) тощо 4,0-7,0 гідроксид кальцію 0,5-3,0 вуглеводневу дисперсію бітумних та асфальтенових сполук - мазут і/або розчин бітуму у вуглеводнях 0,5-3,0 інертні тверді неорганічні частинки - вибурена порода, крейда, барит тощо 2,0-50 вода решта. Як колоїдну основу бурового розчину та понижувача фільтрації запропоновано використовувати полімер-поліелектролітний комплекс полімерів з гуматами лужних металів. Для цього використовують ПВЛР за ТУ У 36-01-247-76 і/або ГКР за ТУ У 26.8-23690792-0022001 та КМЦ за ТУ 6-55-64-94 (або Камцел, Tylose, Finnfix тощо) і/або ПАЦ (Polypac UL або R) і/або гіпан за ТУ 31062554 і/або ЧГПАА (Праестол 2530, Polyplus тощо). Гідроксид кальцію або вапно негашене за ГОСТ 9179-77 використовують як неорганічний інгібітор диспергування глин і глинистих сланців. Інертні тверді частинки - барит за ГОСТ 4682-84, крейду за ГОСТ 17498-72 додають для отримання потрібної густини розчину. Для зниження високотемпературної вибійної фільтрації, захисту полімерів від термічної деструкції та інгібування руйнування глинистих порід використовують вуглеводневу дисперсію бітумних та асфальтенових сполук - мазут марки Μ100 і/або важку нафту, і/або розчин у вуглеводнях будівельного бітуму марки М-5 ГОСТ- 6617-76 або порошкового бітуму ПБ5 (Білорусь). На підтвердження високих інгібуючих властивостей гідрофобних сполук мазута M100 та 20 % розчину будівельного бітуму М-5 у дизельному паливі, у порівнянні з частково розчинним у 1 UA 109830 U воді реагентом Soltex (сульфований асфальт), свідчать дані дослідження з обкатування аргілітового кернового матеріалу фракції 3-5 мм в автоклавах, що обертаються, здійсненого за методикою "Hot roll" при температурі 100 °C (див. таблицю 1). Коефіцієнти стійкості аргіліту при використанні будівельного бітуму М-5 та мазуту Μ100 виявилися вищими ніж у реагенту Soltex. 5 Таблиця 1 Результати дослідження інгібуючих властивостей реагентів-гідрофобізаторів за методикою "Hot roll" Рідина для порівняння Вода Soltex, 2 % Кст.=78,3 % Кст.=85,3 % 10 15 Реагент-гідрофобізатор Бітум марки М-5, 2 % Мазут Μ100, 2 % Кст.=94,2 % Кст.=96,1 % В таблиці 2 наведені приклади приготування безглинистого вапняного бурового розчину (далі - розчину). Приклад приготування розчину (див. поз. 4 в таблиці 2). У розрахованій кількості води розчиняли за допомогою перемішувача зі швидкістю 1200 об/хв. розчиняють 0,5 % Polypac UL та 4 % ПВЛР протягом 2 годин. Далі до розчину при перемішуванні додавали 3 % вапна і 50 % бариту. Після перемішування протягом 30 хвилин додавали 2 % мазута М100, попередньо нагрітого до 45 °C та 0,1 % Polyplus у вигляді порошку. Polyplus є флокулянтом, тому його слід вводити до розчину, коли в ньому вже присутній барит або крейда, захищені полімерами та колоїдами від флокулюючої дії ПАА. Після перемішування протягом 30 хвилин здійснювалося вимірювання параметрів розчину. Аналогічним чином готували інші склади розчину (див. поз. 1-3 в таблиці 2). Таблиця 2 Приклади приготування безглинистого вапняного бурового розчину № п/п ПВЛР/ГКР 1 2 3 4 5* 7,0 5,0 6,0 4,0 7,0 Склад безглинистого вапняного бурового розчину, мас. % Водорозчинні полімери Вапно Мазут М100 Polyplus Камцел Роlурас UL Роlурас R 0,1 0,2 0,5 3,0 0,2 0,3 2,0 2,0 0,5 0,5 1,0 0,5 0,1 0,5 3,0 2,0 0,1 0,2 0,5 Барит/ крейда 2,0 20,0 2,0 50,0 4,0 * - буровий розчин за прототипом 20 У таблиці 3 наведено параметри співвідношеннях компонентів. розчину, отримані при різних температурах і Таблиця 3 Параметри безглинистого вапняного бурового розчину № п/п 1 2 3 4 5* Параметри безглинистого вапняного бурового розчину Після термостатування 4 години при При температурі 20 °C 150 °C 3 3 3 Φ, см /30 хв СНЗ1/10, ДПа ρ, г/см Ф, см /30 хв 4,5 12/18 1,02 6,4 4,0 23/39 1,19 5,5 3,5 19/35 1,03 5,8 3,0 33/46 1,55 4,5 4,4 10/15 1,02 7,8 * - параметри бурового розчину за прототипом 2 UA 109830 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Після вимірювання технологічних параметрів частину бурового розчину завантажують у камеру старіння для термостатування при температурі 150 °C. З даних, наведених у таблиці 3, видно, що присутність у буровому розчині бітуму в результаті додавання мазуту забезпечує незначне збільшення величини водовіддачі після термостатування, що свідчить про захисну дію відносно полімерів. Склад розчину, у якому бітум відсутній (див. поз. 5* у таблиці 2), гірше витримує дію температури (див. поз. 5* у таблиці 3). Вимірювання основних технологічних параметрів бурового розчину здійснювали на стандартних приладах за загальноприйнятими методиками. Статичну фільтрацію визначали на приладі фільтрпрес "Фанн" за стандартом Американського Нафтового інституту (АНІ). Структурно-реологічні властивості бурового розчину визначали на приладі СНЗ-2. Фактичну густину вимірювали на важільних терезах ВРП-1. Водорозчинні полімери в діапазоні 0,3-1,0 % повністю забезпечують утворення полімерполіелектролітних комплексів з гуматами лужних металів і відповідно регулювання фільтраційних та структурно-реологічних властивостей розчину в технологічно обґрунтованих у межах. Нижній поріг концентрації гуматних реагентів 4 % обумовлений мінімальною кількістю молекул гуматів, достатньою для утворення органічної колоїдної фази, а верхній - 7 % обмежений економічною і технологічною доцільністю витрати реагента. Нижній поріг концентрації гідроксиду кальцію 0,5 % обумовлений необхідністю витрати лугу для підвищення лужності розчину до рН≥12, верхній - 3 % - обумовлений необхідністю підтримувати резерв гідроксиду кальцію з урахуванням втрати на хімічну обробку стінок свердловини та частинок вибуреної породи. Заявлений діапазон концентрації вуглеводневої дисперсії бітумних та асфальтенових сполук (1-3 %) є достатнім для забезпечення захисту полімерів від термодеструкції, з одного боку, та гідрофобізації та інгібування глинистих порід, з другого боку. Запропонований буровий розчин характеризується стабільними технологічними параметрами у широкому діапазоні температур, високими інгібуючими властивостями і є екологічно чистим, оскільки не вміщує речовин з класом небезпеки вище IV. Утилізація даного бурового розчину після завершення буріння свердловини полягає лише у нейтралізації вапна, наприклад питною содою до рН=7-8, і далі розчин може бути перемішаний з ґрунтом без значної шкоди для навколишнього середовища. Технічний та економічний результат від використання запропонованого бурового розчину полягає у радикальному зменшенні витрат на приготування та хімічну обробку бурового розчину, підвищенні стійкості стінок свердловин, попередженні ускладнень, пов'язаних з поглинаннями бурового розчину та прихватими бурильного інструменту внаслідок перепаду тисків у свердловині. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Безглинистий вапняний буровий розчин, який вміщує водорозчинні полімери, гумати лужних металів, гідроксид кальцію, інертні тверді неорганічні частинки і воду, який відрізняється тим, що додатково вміщує органічний антиоксидант і інгібітор руйнування гірських порід вуглеводневу дисперсію бітумних та асфальтенових сполук, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: водорозчинні полімери карбоксиметилцелюлоза, поліаніонна целюлоза, гідролізований поліакрилонітрил і/або частково гідролізований поліакриламід тощо 0,3-1,0 гумати лужних металів порошковий вуглелужний реагент, гуматно-калієвий реагент, торфолужний реагент тощо 4,0-7,0 гідроксид кальцію 0,5-3,0 3 UA 109830 U вуглеводневу дисперсію бітумних та асфальтенових сполук - мазут і/або розчин бітуму у вуглеводнях інертні тверді неорганічні частинки - вибурена порода, крейда, барит тощо вода 0,5-3,0 2,0-50 решта. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4