Полифункциональный реагент для обработки буровых растворов и способ его приготовления (варианты)

 

Реагент и способы относятся к бурению нефтяных и газовых скважин а именно к буровым растворам, применяемым в сложных геологических условиях. Техническим результатом является комплексное придание буровым растворам смазочных (противосальниковых и противоприхватных) свойств путем уменьшения толщины и липкости глинистой корки, снижения водоотдачи бурового раствора, прочности его структуры и ингибирования разупрочнения глинистых пород при одновременном уменьшении компонентности состава бурового раствора и упрощении процесса его обработки. Полифункциональный реагент для обработки буровых растворов состоит из таллового шлам-лигнина 17-18 мас.ч. и каустической соды 2-3 мас. ч. , реагент получают при выдерживании реакционной смеси в течение 18-24 ч при 20-22°С в виде текущего пастообразного вещества или при термостатировании смеси компонентов в течение 3-4 ч при 90-95°С в виде хорошо растворимого твердого вещества. Рекомендуемая дозировка реагента в глинистые растворы 2-3% от их объема. 3 с. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к буровым растворам, применяемым в сложных геологических условиях.

Известны различные вещества, используемые в качестве ингибиторов диспергирования и разупрочнения пород при промывке буровыми растворами. В большинстве случаев это неорганические солихлориды калия, кальция, натрия (1). Но при их применении не всегда удается достигнуть высокой эффективности ингибирования, т. к. допустимая концентрация солей в буровом растворе ограничена порогом солестойкости реагентов - стабилизаторов. Как правило, электролиты ухудшают или не изменяют смазочные свойства буровых растворов.

В качестве смазки в буровые растворы вводят добавки СМАД, СГ и др., уменьшающие липкость глинистой корки (2). Они снижают вязкость буровых растворов, статическое напряжение сдвига. Но эти добавки не уменьшают водоотдачу, вызывают разупрочнение породы на стенках скважины, усиливают экологические нагрузки, имеют высокую температуру застывания, пожароопасны.

Наиболее близким аналогом к заявленному полифункциональному реагенту является полифункциональный реагент для обработки буровых растворов, содержащий шлам-лигнин 9 - 12%, каустическую соду 2-3%, хлористый натрий 25 - 30% и остальное вода (3).

Недостатком бурового раствора является ухудшение его технологических свойств, а также недостаточная устойчивость данного раствора при бурении сульфатных пород (гипс и ангидриты). Кроме того, содержащееся в составе шлам-лигнина целлюлозное волокно создает определенные трудности в работе турбобура и очистных устройств бурового раствора. При приготовлении бурового раствора на основе шлама-лигнина имеет место запыленность рабочей зоны.

Наиболее близким аналогом для заявленного способа является способ приготовления полифункционального реагента, включающий приготовление 2 - 3%-ного раствора каустической соды, в который засыпают расчетное количество шлама-лигнина 9 - 12%, перемешивание полученной суспензии в течение 1 часа, введение в шлам-лигниновый раствор хлористого натрия 25 - 30% и последующее перемешивание в течение 30 мин. (3).

Однако такой способ получения реагента не позволяет получить буровой раствор, обладающий требуемыми технологическими параметрами в случае необходимости его разбавления до рабочих концентраций, например, в случае большого объема расхода бурового раствора и недостатка оборудования для его приготовления на буровых установках. Кроме того, такой способ приготовления требует дополнительного введения в шлам-лигниновый раствор хлористого натрия, его предварительного растворения и последующего перемешивания, что усложняет процесс приготовления и удорожает его.

Задачей изобретения является комплексное придание буровым растворам смазочных (противосальниковых и противоприхватных) свойств путем уменьшения толщины и липкости глинистой корки, снижения водоотдачи бурового раствора, прочности его структуры и ингибирование разупрочнения глинистых пород при одновременном уменьшении компонентности состава бурового раствора и упрощении процесса его обработки, снижение экологических нагрузок.

Поставленная задача решается тем, что полифункциональный реагент, включающий шлам-лигнин и каустическую соду, в качестве шлам-лигнина содержит талловый шлам-лигнин при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.: талловый шлам-лигнин - 17 -18 каустическая сода - 2 - 3 Поставленная задача решается также тем, что в способе получения полуфинкционального реагента для обработки буровых растворов, включающем смешивание шлам-лигнина с каустической содой, в качестве шлам-лигнина используют талловый шлам-лигнин, а после смешивания проводят термостатирование смеси при 90-95^oC в течение 3-4 часов. А также тем, что в способе получения полифункционального реагента для обработки буровых растворов, включающем смешивание шлам-лигнина с каустической содой, в качестве шлам-лигнина используют талловый шлам-лигнин, а после смешивания реакционную смесь выдерживают при 20-22^oC в течение 20-24 часов.

Реагент вводят в количестве 2-3% по массе от объема бурового раствора.

Талловый шлам-лигнин является отходом лесохимического процесса разложения сульфатного мыла. Использовался талловый шлам-лигнин Котласского ЦБК (г. Коряжма Архангельской обл.) следующего состава, мас.%: Смоляные и неомыляемые вещества, жирные кислоты - 40 - 45 Лигнин - 5 - 10 Микроцеллюлоза - 5 - 10 Минеральный остаток (Na₂SO₄, K₂SO₄, CaCl₂, NaCl) - 10 - 12 Вода - Остальное pH - 4,01
Использовалась сода каустическая техническая по ГОСТ 2263-79 или натр едкий технический по ТУ 6-01-1306-85.

Изобретение осуществляется следующими способами.

Пример 1. В 90 мл (18 мас. ч.) таллового шлама-лигнина добавляют 10 г (2 мас. ч.) каустической соды. Перемешивают 10-15 мин. Реакционную смесь термостатируют при 90-95^oC в течение 3-4 часов. Получают твердое, легко крошащееся вещество, хорошо растворимое в воде и глинистых суспензиях.

Пример 2: В 85 мл (17 мас. ч.) таллового шлама-лигнина добавляют 15 г (3 мас. ч.) каустической соды, перемешивают 20-30 мин. Реакционную смесь выдерживают при 20-22^oC в течение 18-24 час. Получают пастоообразные текущее вещество, хорошо растворимое в воде и глинистых суспензиях.

В таблице 1 приведены данные, иллюстрирующие влияние количественного содержания ингредиентов реагента и условий приготовления на его агрегатное состояние и некоторые физические свойства.

Для определения эффективности различных количественных композиций для заявляемого реагента их вводили в 7%-ные суспензии бентонита в количестве 2,5 мас.% по отношению к объему.

В таблице 2 приведены данные о влиянии реагентов различного количественного состава и способов приготовления на технологические свойства глинистых буровых растворов.

Диапазон содержания таллового шлам-лигнина определяли для составов реагентов в растворах NN 2-9. Нижний предел содержания таллового шлама - 17 мас. ч. , т. к. ниже этой величины реагент не оказывает эффективного улучшенного действия на параметры бурового раствора. Верхний предел - 18 мас. ч., т.к. выше этого предела реагент неполностью растворяется в глинистых суспензиях и воде, характерен частичной гидрофобностью.

В растворах NN 10-14 определяли диапазон компонентного содержания каустической соды. Нижний предел содержания - 2 мас. ч., т.к., ниже этого предела образуются нерастворимые вещества. Верхний предел - 3 мас. ч., т.к., выше этого предела вследствие повышенной щелочности бурового раствора с добавкой реагента усиливается набухание и диспергация глинистых частиц.

Реагент низкотемпературного приготовления, обладающий текучестью, можно получать непосредственно на буровой, используя любые емкости, снабженные перемешивающим устройством.

Реагент высокотемпературного приготовления (оптимальные композиции NN 2, 3, 7) - твердый, крошащийся, хорошо растворимый в воде и глинистых суспензиях. Может быть получен в условиях стационарного производства и доставлен к месту бурения в бочках, мешках и другой дозированной таре.

Буровые растворы обрабатывают заявляемым реагентом, вводя его в циркулирующую систему в рекомендуемой концентрации.

Данные проведенных лабораторных испытаний (табл. 2) свидетельствуют о том, что реагент согласно изобретению с оптимальным содержанием компонентов обладает полифункциональностью, эффективно сочетает качества понизителя фильтрации буровых растворов, смазочной добавки и ингибитора набухаемости и диспергации глинистых пород.

Реагент прост в приготовлении. Его получение связано с утилизацией отхода лесохимического производства, малоэнергоемко, что предопределяет его конкурентоспособность и удешевление обработки буровых растворов.

Из анализа научно-технической литературы и патентной информации не известно применение в качестве таллового компонента для буровых растворов таллового шлам-лигнина, что позволяет сделать вывод о "новизне" заявляемой композиции.

Получение и использование в качестве добавки в буровые растворы реагента на основе таллового шлам-лигнина, представляющего собой многокомпонентную органо-минеральную не растворимую в воде смесь, и щелочи, усиливающей диспергацию глинистых пород, обеспечивает буровым растворам высокие фильтрационные и смазочные свойства, ингибирующую способность. Достигнутая эффективность связана с образованием специфичных межмолекулярных соединений и стабильных коллоидных структур, увеличением ионной силы гетеросистемы бурового раствора. Эти явления неочевидны, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение также отвечает и критерию "промышленная применимость", так как предлагаемый реагент может быть использован при бурении скважин уже в настоящее время и приготовлен непосредственно на буровой с использованием стандартного оборудования.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого технического решения может быть получен за счет повышения технико-экономических показателей бурения в результате улучшенных смазочных и противоизносных свойств бурового раствора, сокращения затрат времени на борьбу с осложнениями, удушевления обработки бурового раствора. Экологический эффект обусловлен предотвращением загрязнения продуктивных пластов фильтратом бурового раствора, утилизацией промышленного отхода, использованием органогенного биоразлагаемого компонента для реагента.

Источники информации:
1. Кистер Э. Г. Химическая обработка буровых растворов. - М.: Недра, 1972, с. 335-358.

2. Булатов А.И. и др. Справочник по промывке скважин. - М.: Недра, 1984, с. 131.

3. Авторское свидетельство СССР N 1067024, 15.01.1984.

Формула изобретения

1. Полифункциональный реагент для обработки буровых растворов, включающий шлам-лигнин и каустическую соду, отличающийся тем, что в качестве шлам-лигнина он содержит талловый шлам-лигнин при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
Талловый шлам-лигнин - 17 - 18
Каустическая сода - 2 - 3
2. Способ получения полифункционального реагента для обработки буровых растворов, включающий смешивание шлам-лигнина с каустической содой, отличающийся тем, что в качестве шлам-лигнина используют талловый шлам-лигнин, а после смешивания проводят термостатирование смеси при 90 - 95^oC в течение 3 - 4 ч.

3. Способ получения полифункционального реагента для обработки буровых растворов, включающий смешивание шлам-лигнина с каустической содой, отличающийся тем, что в качестве шлам-лигнина используют талловый шлам-лигнин, а после смешивания реакционную смесь выдерживают при 20 - 22^oC в течение 20 - 24 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2