Спосіб визначення осмотичної активності бурових розчинів

Спосіб визначення осмотичної активності бурових розчинів, який полягає у вимірах фізичних параметрів бурового розчину, який відрізняється тим, що визначають величину структурної організованості води в буровому розчині шляхом вимірів параметра діелектричної проникності бурового розчину. Винахід стосується галузі бурових розчинів для буріння свердловин у нестійких породах, а саме способів визначений осмотичної активності бурових розчинів. Відомий спосіб визначення і регулювання соматичних властивостей бурових розчинів на водній основі шляхом визначення вмісту солей у пластовій воді І підвищенні концентрації солей у буровому розчині (див. пат.США № 1819646, кл. Е21В21/04 від 18.08.1931, Луміс А.Г, ЕмброузХ.А., Браун Д.С.). Недоліком способу є низька ефективність регулювання осмотичної активності бурового розчину. Практикою буріння доведено, що використання насиченого сіллю бурового розчину, але з високим показником фільтрації не забезпечує стійкості ствола свердловини в глинистих породах, а використання прісного обважненого, але з низьким показником фільтрації бурового розчину дає кращі результати. Найближчим аналогом-прототипом є винахід Л.А. Свирідова а.с. СРСР № 831773 кл. С09К7/00 від 23.05.1981. Згідно прототипу, як у пат. США № 3628615, № 3841419, кл Е21В21/04 і а.с. СРСР № 622969, кл. Е21В47/06, осмотичну активність бурового розчину визначають за допомогою осмометра відносно моделей пластових рідин. Недоліком цього способу є недостовірність та довготривалість осмотичної активності бурових розчинів Крім того, неможливо визначати осмотичну активність води у порах гірських порід. Методична похибка способу полягає у використанні теорії осмосу Вант-Гоффа щодо складної системи "буровий розчин - вода привибійної зони свердловини" Закон осмосу Вант-Гоффа, згідно якому осмотичний тиск пропорційно залежить від концентрації розчинених часток, не залежить від природи розчинної речовини і взаємодії її з розчинником, справедливий тільки в області розбавлених розчинів. Система "буровий розчин - вода привибійної зони свердловини" не підкоряється закону ВантГоффа, оскільки на осмотичні властивост води сильно впливають глинисті частки І мінерали глинистого пласта. Завданням даного винаходу є підвищення достовірності зменшення тривалості та розширення можливостей визначення осмотичної' активності бурових розчинів відносно води у гірських породах. Це завдання вирішують тим, що визначають величину структурної організованості (СО) води в буровому розчині шляхом вимірів параметру діелектричної проникності бурового розчину. Даний винахід грунтується на новій теоретичній моделі осмосу ентропоосмосі (див. Васильченко А А. Пути повышения устойчивости стенок скважины // Газовая промышленность. - 1984. - № 12). Згідно з теорією ентропоосмосу, рідина завжди самодовільно рухаєся проти градієнту структурної організованості, тобто а тому напрямку, де СО рідини вища. Параметр СО вимірюють в ентропійних одиницях або в бітах інформації. Про відносний рівень СО води у різних частинах системи можна судити по даним вимірів структурночутливих параметрів: діелектричної проникності, густини, в'язкості, ізотермічної стисливості. З перелічених фізичних параметрів найбільш придатний для оцінки СО води у бурових розчинах параметр діелектричної проникності завдяки простоті здійснення вимірів та апаратурного оформлення. З джерел науково-технічної літератури відомо, що чим менша величина діелектричної проникності (Е), ТИМ більша СО води. Так, наприклад, для чи cn CM m* 29773 стої води при 20°С £=81, а для води у тонких порах гірських порід Е=2+4. Це означає, що СО води в порах гірських порід значно більша, і слід чекати, що ентропоосмотичний потік води буде завжди направлений з бурового розчину у пори гірських порід привибійної зони. Додаванням різних речовин до чистої води можна зменшити діелектричну проникність бурового розчину, зменшити потенціал CO і тим самим уповільнити рух води у пори гірських порід В цьому полягає регулювання осмотичної (або ентропоосмотичної) активності бурового розчину і підвищення його Інгібуючих властивостей. У дослідженні соматичної активності та Інгібуючих властивостей бурових розчинів найбільш інформативним є структурно-чутливий парамет діелектричної проникності. Результати його вимірювання у співставленні із результатами набухання бентонітової глини у середовищі тих же самих рідин можна прослідкувати на наступних прикладах застосування способу. Приклад 1. Визначення діелектричної проникності розчинівсолей. Виміри проводили на приладі і за участю фахівців Харківського політехнічного університету Прилад явлає собою коаксіальний перетворювач, виконаний у вигляді посудини Д'юара із скла марки "Пірекс". Елетроди розташовані з зовнішнього боку циліндра з більшим діаметром і з внутрішнього боку циліндра з малим діаметром. Відстань між внутрішніми стінками конденсатора 3 мм. Вимірювання проводили за допомогою мосту перемінного току на частоті f=(1000±5) Гц. Похибка складала 0,05%. Дані вимірів приведені у табл 1. Для порівняння приведені дані Ю.І. Дитнерського вимірів осмотичного тиску в осмометрі і значення густини розчинів солей з довідника. З аналізу даних, приведених у табл. 1, видно, що значення структурно-чутливих параметрів діелектричної проникності і густини корелюють Із вимірами осмотичного тиску. Але виміри в осмометрі тривають багато годин, а діелектричну проникність визначають за кілька хвилин. Приклад 2. Визначення діелектричної проникності водних розчинів органічних та неорганічних речовин та бурових розчинів. Як і в прикладі 1, виміри робили на тому ж приладі. Результати вимірів приведені у табл. 2 і 3. Паралельно проводили дослідження набухання бентонітової глини при контакті із водними розчинами по методиці Жигача-Ярова. Дані з набухання, які також свідчать про осмотичну активність розчинів, приведені у табл. 4. З аналізу результатів видно, що зміни параметру діелектричної проникності добре корелюють із даними з набухання бентонітової глини. Виміри діелектричної проникності виявили неадитивність цього параметра щодо бурового розчину, який вміщує неорганічні солі. На прикладі бентонітових суспензій з хлористим калієм і без нього видно, що Іони руйнують гідратні шари довкола глинистих часток, тим самим зменшують загальну діелектричну проникність. Так само діють іони неорганічних солей у перовому середовищі гірських пород, зменшуючи структурну організованість води і уповільюючи перетік води з бурового розчину у стінки свердловини. Впровадження даного винаходу дозволить оперативно і точно визначати соматичну активність бурового розчину в залежності від його кількісного та якісного складу і порівнювати її з відповідним параметром води у гірських породах. Таблиця 1 Діелектрична проникність, осмотичний тиск І густина розчинів солей Конц., мас.%, 1 5 7 10 20 Діелектрична проникність NaCI КСІ 71,2 80,8 49,3 50,4 40,1 43,5 31,8 36,7 19,9 Осмотичний тиск, МПа NaCI КСІ 0,78 0,61 4,1 3,1 5,9 3,8 9,1 6,5 24,6 15.6 Густина, кг/мл NaCI КСІ 1004 1005 1034 1029 1049 1043 1071 1063 1148 1133 Таблиця 2 Залежність діелектричної проникності від концентрації водних розчинів різних реагентів Бентонітова глина мас.% 1 3 7 10 Б 80,2 29,8 10,4 10,5 КСІ мас.% 1 5 10 26 Е 80,8 50,4 36,7 9,4 КМЦ Тілоза VHR мас.% є 0,1 80,8 • 0,25 50,4 0,5 36,7 1,0 9,4 ГПАА(фіннпол-35) мас.% 0,1 0,25 0,5 1,0 Е 60,9 51,8 38,3 28,3 29773 Продовження табл 2 ПКССБ мас% 0,1 0,5 1 5 ПВЛР Е 53,9 23,1 20 4 11 3 мас % 05 1 3 5 ь 53,1 30,5 14,6 9,1 КС1(в 10%розч бентоніту) є мас % 1 71 9 48,3 5 7 42,0 31,7 10 NaCi (в 10% розч бент) мас % є 1 69,7 5 50,9 7 42,5 10 35,3 Таблиця З Діелектрична проникність полімерних бурових розчинів Склад розчину мас % 1 Бентоніт-7, ГПАА-0 5, ПВЛР-5, КСІ-5 2 Бентоніт-7, КМЦ-700-5, КССБ-5, КСІ-5 Діелектрична проникність. 41,0 39,2 29773 03 О ^ СО-^ 00 Г-СО W СО і Ю С РЗ t П О ^ СО^ 00 ГСО W ^ w e n і ts-^cOtntcwoa aoоэ^-^is en w e - i n I CO (O - * 03 CD *# Ю C\i -H ^ I СПСОсОЮЮСО I СООЭтОЙ I Ої-^QODOtD COCOCOtD-^ і І І I I I І CO w со-^ ю -з* о ю o i n m со со to -Ф со fi - * wrtw Ч из О en CO tn О со о н '£ о н 1Л rH T H tD CO T-I с о S о ю « о ^ t-f т-( 00 T-< я ев Ю CM X ж я є о ф X '% к я tn о S cooc^ojotsin і c o vi LOCOW Я ї й oo C0O1C0LOW-H t n U3 W Q ОЭ CD 1Л CO W CO COWTH a -^от^ со ю со су OD N -tD CO t ф Ф f КD О 0) a ОнОІШ Й . 5 5 ООО-нООООМООЮМПО О ^ CJ CO - ^ Ю CO C^- 0 3 СП 29773 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрлатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку 09 ОУ 2003 р. Формат 60x84 1/8. Обсяг 0,-Зр обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. З а м . ^ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 к