Реагент для обработки буровых растворов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11), 151) 4 С 09 К 7/02 (2l) 3673393/23-03 (22) 16.12.83 (46) 07.02.86.Бюл. У 5 (71) Гомельское отделение Белорусского геологоразведочного научно-исследовательского института (72) В.И.Ложеницына, А.А.Гонцов, Э.С.Сенкевич и Н,П.Заикин (53) 622.243,11.4.3(088.8) (56) 1. Рязанов Я.А. Справочник по буровым растворам. М.: Недра, 1979, с.75.

2. Журавлев JI.M. Направление совершенствования безглинистых промывочных жидкостей и механизма их очистки. -Новые технические средства для бурения, освоения и опробования гидрогеологических скважин.

M. 1982, с.45-55.

3. Авторское свидетельство СССР

М 897830, кл. С 09 К 7/00, 1980. (54) (57) РЕАГЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содержащий каустобиолит с влажностью 40-503, 503-ный раствор гидроокиси натрия и воду, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества реаРента за счет повышения его солестойкости и стабилизирующих свойств при одновременном уменьшении склонности к самовозгоранию, в качестве каустобиолита реагент содержит сапропель с содержанием сапропелевых кислот не менее 357 при следующем соотношении компонентов, мас.ч..

Сапропель 64,0-68,6

507.-ный раствор гидроокиси натрия 11,4-16,О

Вода Остальное

1209

Изобретение относится к горному делу, в частности получению химических реагентов для обработки буровых растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин. 5

Каус1обиолитовый реагент готовят путем смешивания сапропеля с содержанием органического вещества 6070% и влажностью 40-50% с 507--ным раствором гидроксида натрия в pan- 1O личных соотношениях с последующим нагреванием реакционной массы в герметически закрытых бомбах в течение о

2 ч при 100-120 С. Сушку реагента проводят при 100-105 С до влажности о

10-207.

Пример 133,4 r обогащенного сапропеля влажностью 507. смешивают с 26,6 г 50%-ного раствора гидроксида натрия (состав 3). Смесь тщатель- 20 но перемешивают, .помещают в герметически закрываемую бомбу и выдерживают при 100 †!20 С 2 ч. После окончао ния реакции для удаления избытка воо ды реагент сушат при 100-105 С до . влажности 207.. Остальные составы ре агента готовят аналогичным образом.

Результаты испытания по определению выхода сапропелевых кислот представлены в табл,l. ЗО

Данные табл.l показывают,,что наибольший выход сапропелевых кислот при приготовлении каустобиолитового реагента приходится на состав 3 с соотношением компонентов сапропель: 35 гидроксид натрия 5:1. При недостатке щелочи в реагенте (составы 4 и 5) выход сапропелевых кислот снижается.

В составах l и 2 избыток щелочи, что также снижает качество реагента. 4О

Качество известного и предлагаемого каустобиолитовых реагентов оценивают по технологическим параметрам обработанных ими глинистых растворов, которые готовят из иджеванско- 1. 1 го бентонита.

Технологические свойства гпинистых растворов при введении 0,5-5% углещелочного реагента (УЩР 1 и сапропелещелочного реагента (СЩР) при 5{) различном соотношении компонентов приведены в табл.2.

Как видно из данных табл.2, введение в 10%-ный глинис9ый раствор сапропелещелочного реагента приводит к резкому уменьшению водоотдачи при этом условная вязкость и статическое напряжение сдвига системы

703

2 возрастают. Аналогичные концентрации УЩР менее эффективно изменяют зти параметры. Содержание сапропелещелочного реагента более 5% приводит к увеличению вязкости и статического напряжения сдвига сверхоптимальных значений. Концентрация реагента менее 0,57 не обеспечивает необходимых значений водоотдачи. Наиболее оптимальными концентрациями

СЩР для обработки глинистых растворов являются 1-37. При этом лучшими параметрами обладают растворы, обработанные СЩР, соответствующим составу 3 (соотношение сапропепь щелочь 5:1) . Избыток щелочи в реагенте (состав 2) хотя несколько и разжижает систему, но приводит к увеличению водоотдачи раствора. При снижении содержания сапропелевых кислот в реагенте (состав 4) значения водоотдачи также возрастают, Коагуляционную устойчивость предлагаемого и известного каустобиолитовых реагентов определяют по отно— .шению к растворам хлоридов кальция, магния и натрия. Сравнительные данные приведены в табл.3.

Как видно иэ данных табл.3, концентрация солей кальция, магния и натрия, необходимая для полной коагуляции сапропелевых кислот из фильтратов бурового раствора, обработанного СЩР, вдвое выше, чем для гуминовых кислот из фильтратов растворов, обработанных УЩР и ТЩР. Повышенное количество "îêîâûõ функциональных групп и характерная гидрофильность сапропелевых кислот обеспечивают наиболее высокую коагуляционную устойчивость глинистых растворов, обработанных предлагаемым каустобиолитовым реагентом.

Кроме того, исходя из типа органического вещества, сапропелевое органическое вещество является менее склонным к самовозгоранию чем гумусовое, входящее в состав бурых углей и торфа.

Дпя удаления инертной неорганической составляющей и увеличения содержания органического вещества до

60-70% исходный сапропель подвергают обогащению путем поинтервальной кислотной обработки и последующего высушивания декантата. Для этого навес<у сухого сапропеля (1520%-ной влажности обрабатывают j

12%-ной соляной кйслотой до полного растворения карбонатов. Осадок отделяют декантацией и обрабатывают

10%-ной плавиковой кислотой при 6080 С. Обогащенный сапропель отдео ляют от раствора кислоты, отмывают до рН 7, центрифугируют сушат до влажности 40-50 при 80 С.

Содержание органического вещества в обогащенном сапропеле достигает

60-70, при этом выход сапропелевых кислот возрастает до 35-42 .

Характеристика сапропелевых кислот, выделенных из кремнеземистого сапропеля и гуминовых кислот бурого, угля, представлена в табл.4.

Как видно из табл.4, сапропелевые кислоты, выделенные из кремнеземистого сапропеля, отличаются от гуминовых кислот бурового угля по содержанию функциональных групп, азота и кислорода, что указывает на явные различия в их химическом составе, строении и свойствах. В частности, сапропелевые кислоты являются более стойкими к солевой агрессии так как порог агрегации для них почти вдвое вышее, чем для гуминовых кислот бурых углей. Кроме того, вследствие более низкой степени ароматизации (С : Н с ) ) и высокой степени восстановленности, сапропелевые кислоты в щелочной среде обладают большей подвижностью и способностью об— разовывать прочные пространственные структуры, чем гуминовые кислоты.

Поэтому следует ожидать более высокие защитные свойства и повышенную стабилизирующую способность каустобиолитового реагента, содержащего сапропель, в отличие от буроугольного реагента °

Количество щелочи, необходимое для полного перевода сапропелевых кислот в натриевые соли, находится в стехиометрическом соотношении с их количеством в исходном сапропеле.

Избыток щелочи в каустобиолитовом реагенте будет способствовать набуханию и осыпанию глинистых пород, слагающих ствол скважин, что приводит к осложнениям в процессе бурения. Недостаток щелочи приводит к неполному извлечению сайропелевых кислот в виде натриевых солей, что снижает качество реагента. Для определении оптимальных соотношений компонентов, входящих в каустобиолитовый

1209703 реагент, испытывают 5 составов (табл.1).

Недостаточное количество щелочи и несовершенная технология приготовления растворов на основе сапропелей не обеспечивают полного перевода сапропелевых кислот в их водорастворимые соли, которые являются основными стабилизаторами.

10 Влияние добавок щелочи на технологические параметры 15 -ной сапропелевой суспенэии представлено в табл.5.

Количество щелочи, необходимое

15 для получения устойчивых дисперсных систем на основе сапропеля с высокими технологическими характеристиками, должно находиться в стехиометрическом соотношенйи с количест20 вом сапропелевых кислот, входящих в состав сапропеля. Но можно не искать это соотношение, а сапропелевые суспензии обрабатывать УЩР,в количест— ве 4-6 . (табл.б ).

Как видно из сопоставления данных табл.5 и 6, в рецептуре, :

Сапропель 5-30 ъ ЩР 4-6

Щелочь 0,2 — 0,4

Вода Остальное основное улучшающее воздействие на дисперсную систему оказывает УЩР.

Действие щелочи в данном случае не существенно. Причем улучшение техно35 логических параметров суспенэии происходит в основном не эа счет перевода сапропелевых кислот в их сали, а эа счет действия гуматов натрия углещелочного реагента на

40 минеральную (глинистую) составляющую сапропеля. В результате образуются органоминеральные комплексы, улучшается структурно-механические и фильтрационные характеристики дис45 персной системы. Частичный перевод сапропелевых кислот в их соли эа счет вводимой щелочи (0,2-0,4 ), а также избыточной щелочи, входящей в состав УЩР, несколько усиливает

50 процессы структурообраэования, но иэ-за незначительного их количества, определяющей роли не играет. Таким образом, использование известного сапропелевого раствора невозможно.

55 К существенным недостаткам сапропелевых буровых растворов следует отнести также то, что, являясь малоглинистыми растворами, в процессе

Таблица !

Компоненты реагента на сухую массу, Сос- мас.ч.

Соотношение компонентов

Выход сапропелевых кислот на рН тав

Сапропель

Гидроксид натрия

Вода сапропель:

:гидроксид натрия, мас.ч, сухую массу

1 60,0 20,0 Остальное 3

42,0

2 64,0 16,0 4 е

42,1

3 66,7 13,3 5

42,) 4 68,6

11,4

35,1

5 70,0 10,0 7

28,2

5 12097 бурения они быстро обогащаются выбуренными глинистыми породами и теряют свои технологические и ðåîëогические свойства. Очистка сапропелевого раствора от глины обычными механическими средствами практически невозможна, что связано с особенностями состава и химического строения сапропелей. Поэтому для качественного бурения необходимо постоянно 10 заменять обогащенный глиной раствор на свежий, что с экономической и технологической точки зрения весьма невыгодно. Более перспективным является использование сапропеля в 15 качестве сырья для приготовпения реагента (СЩР ). Применение такого реагента для обработки глинистых растворов может быть эффективно при бурении в осложненных условиях и осо- 20 бенно при вскрытии продуктивных пластов, Большое значение имеет также технология приготовления реагента. Несмотря на кажущееся сходство между

СЩР и известным сапропелевым буровым раствором, технология их приготовления принципиально отличается„ Так, сапропелевый раствор готовят путем диспергирования 5-30%-ного сухого ЗО

03 Ь сапропеля н водной слабощелочной среде. Такая технология не обеспечивает полного перевода сапропелевых кислот в их водорастворимые соли. Технология приготовления предлагаемого каустобиолитового реагента имеет ряд преимуществ (табл.3).

Одним из путей повышения эффективности готового продукта является улучшение исходного сырья и технологии приготовления, а также обогащение исходного сырья путем удаления инертных фракций и последующего высушивания декантата. Основной целью процесса обогащения сапропеля является увеличение содержания в нем сапропелевых кислот и удаление инертной неорганической составляющей (карбонатной и силикатной). Как видно из табл,7, содержание сапропелевых кислот в исходном продукте соответствует

20,7-23,37 в расчете на органическое вещество. После обогащения путем кислотных обработок (НС! и HF) выход сапропелевых кислот возрастает до

35-42Х. Естественно, что эффективность СЩР приготовленного на основе обогащенного сапропеля, будет выше.

Данные приведены в табл.8.

1209703

Водоот дача за

30 мин

В,см

Номер раствора нентов в реагенте вязкость

Т,с

l2,0

20

I0,0

I+IX УШР

1+2% УЩР

1+3X УШР

1+5X УЩР

9,0

Бурый уголь: щелочь

13, 2:2

27

6,0

30

5,5

50

5,0

25

l l,0

1+0,5Х CIIIP !

+IX СЩР

1+2% СЩР

1+3% СЩР

1+5X СЩР

9,0

8,0

10.

6,0

5,3

12.

5,0, 25

l!,5

14.

1+0,5% СЩР

I+ IX СЩР

I+2X СЩР

1+3X СЩР

I+5X СЩР

8,0

Сапропель: щелочь

5:1 (состав 37

15.

5,7

16.

4,0

:, 17.

45 3,2 IS.

3,0

12,0

9,0

7,0

5,5

4,5

4,0

Глинистый раствор

10Х-ный раствор глинопорошка

Раствор 1+0,5Х УЩР

Раствор 1+0,2Х СЩР

13. Раствор 1+0 2Х СЩР

19. Раствор 1+0,2Х СЩР

20. Раствор 1+0,5Х СЩР

21. Раствор I+IX СЩР

22. Раствор I+2X СЩР

23. Раствор 1+3%. СЩР

24. Раствор 1+5% СЩР

Соотноше- Услов ние компо- ная

Сапропель: 28 щелочь (состав 2) 30

Сапропель: 25 щелочь 6:1 (состав 4) 27,Таблица 2

Статическое напряжекие сдвига, СНС< <„,Па

0,9/1,0

0,6/0,8

0,5/0,7

1,5/2,0

2,6/3,1

4,8/5,5

0,9/1,0

0,9/1,0

1,4/1,8

1,8/2,2

2,4/3,0

4,9/5,7

0,9/1, l

1,0/1,2

1,2/1,5

3, 1/2,8

3,5/4,5

6,5/7,8

0,9/1,0

1,0/1,2

1,2/1,4

2,0/2,5

3,2/4,1 ..

6, О/7;4

12097 Q3

Таблица Э

Технологические свойства

Количество соли, не обхо- димое для полной коагуля ° ции гуматов, мг-экв на

1 л фильтрата

Состав исследуемого раствора

Каустобиолитовый реагент

Водоотдача эа

30 мин см э

УсловСтатисти ческое вязкость

Т,с

М8С). ЫаС1

СаС1

Известный (1) 7,5 1,8/2,2 60 80

10%-ный раствор глинопо600 та (ТЩ1 .) Известный f3) 1,5/2,0 50 75

600

Йредлаг аемый

4,0 2, 1/2,8 100

125 1000

Таблица 4

ОптичесФункциональные группы, мг,экв/г

Элементный с ос т ав

Каустобиолит из ко кая

0+8 плотN торого выделены ность пр>

Pl =

=465 мкм

Соон OH ОСН кислоты

Кремнеземистый сапропель

3,33 4,21 0,06, 36 2,7

50 0 6,2

5,,2 38,6

Бурый уголь

2,05 4,15 0,05 19 1 7

26,3

67,6 6,1 рошка+2 % торфощелочного реаген10%-ный раствор глинопо рошка

+ 2% УЩР

10%-ный раствор глинопорошка

+2% СЩР напр яже ние сдви га CHC н

Па

Порог агрегации, мг,экв

ВаС на

1л гумата

1209703

Таблица 5

Условная

О/О

15

0,2

О/О

75:I

14

37,5:1

0,4

О, l /0,2

12

Таблица 6

Добавка УЩР

Статическое напряжение сдвига

СНС,,, Па

О/О

15

1,2/2, 7

5,0

2,2/3,3

3,0

Таблица 7

Пределы изменения содержания компонентов

Показатели

Остаток после прокаливания, X на сухое вещество

43,3-84,5

60,9

Состав золы, Ж

30,5-57,2

SiO

43,9

0,9-8,9

Al O

4,6

1,2-8,9

Ре О

4,7

1,7-6,3

СаО

4,2

0,2-2,5 мро

1,0

0,1 — 0,9

1,4

0,1 — 0,9

0,4

Добавка ще,лочи, Ж

Соотношение сапропель: щелочь вязкость

Т,с

Условная вязкость

Т,с

Водоотдача за 30 мин

В, см ю

Водоотдача за 30 мин

В,см

Статическое напряжение сдвига

СНС < Па

13

1209703

Продолжение табл,7

О, 1-2,9 к,о

Состав. органического вещества, 7 ОВ

2,3-4,6 битумы

3,5

20,7-23 3 сапропелевые кислоты

22,0 легкогидролизуемые вещества

14,7-24,2

19,4

1,8-7,7 трудногидролизуемые вещества

4,7

18,3-26,3 негидролизуемый остаток

2233

Таблица 8

8одоотдача эа 30 ииы, си

Услов пивко

?ьс

Составы последу еыых

Статическое иапряаеыие сдвига сяс /ы,па апропель, слольауейый дли пригоовпеиии реагента

Раст вор растворов

102е иыф раствор глинопоротька

+О,22 СЩР 25

+0,52 СЩР 25

8,О

5,7

4,О

4.3,2

2ьО

0,9/1,0, О,9/I,О

2, 1/3,5

12,0 еО,22 СЩР

10ьО

12 СЩР

3,9/4,9

8,5

-1О.

5,б/7,7

10,0/18 ° 7

Хапает ьь

)цщЯдц Заказ 464/34 Ти ах 644 Подписное

Ф98акаЛ

2 тает, г, У2цгород, ул.Проектная,4

Обогацеыныи сапропель с сог деркаииеы сапропелевых кислот

42,12

Искод а и сапропель с содериаинеи сапроп левый кислот

20,22

+12 СЩР .

+22 Се

+32 сЩР

+52 С18Р

32 СЩР

+52 СЩР

+72 C8IP

+102 Cm

0,9/1,1

1,0/1,2

1,2/1,5

2, 1/2,8

3,5/4,5 б,5/7 ° 8