Утяжелитель для обработки буровых растворов
Владельцы патента RU 2251565:
Ламосов Михаил Евгеньевич (RU)
Рябоконь Сергей Александрович (RU)
Голубков Николай Федорович (RU)
Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для приготовления утяжелителей буровых растворов, в том числе сверхтяжелых, предназначенных для бурения в условиях аномально высоких пластовых давлений, а также при проявлении сероводорода. Технический результат - улучшение качества утяжелителя за счет уменьшения содержания водорастворимых солей кальция, снижения его абразивности и повышения утяжеляющей способности. Утяжелитель для обработки буровых растворов, содержащий искусственную смесь баритового и магнетитового концентратов, дополнительно содержит триполифосфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: баритовый концентрат 40-60, магнетитовый концентрат 40-60, триполифосфат натрия не менее 0,01% сверх 100% смеси. 3 табл.
Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для приготовления утяжелителей буровых растворов, в том числе сверхтяжелых, предназначенных для бурения в условиях аномально высоких пластовых давлений, а также при проявлении сероводорода.
Известны утяжелители для обработки буровых растворов, содержащие магнетитовый концентрат в различных концентрациях [1].
Недостатком указанных утяжелителей является их высокая абразивность, которая способствует преждевременному изнашиванию бурильного инструмента и оборудования, в результате чего резко снижается коммерческая скорость бурения скважин.
Известен утяжелитель для обработки буровых растворов, содержащий магнетитовый концентрат и баритовый концентрат [2].
Недостатком его является пониженная утяжеляющая способность, объясняемая наличием высокого содержания водорастворимых солей кальция, и сложность регулирования плотности бурового раствора из-за несоответствия расчетных и практических данных, а также повышенная абразивность.
Задачей изобретения является улучшение качества утяжелителя за счет уменьшения содержания водорастворимых солей кальция, снижения абразивности и повышения утяжеляющей способности.
Поставленная задача решается тем, что утяжелитель для обработки буровых растворов, содержащий искусственную смесь баритового и магнетитового концентратов, дополнительно содержит триполифосфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Баритовый концентрат 60-40%
Магнетитовый концентрат 40-60%
Триполифосфат натрия Не менее 0,01% сверх 100% смеси.
При взаимодействии триполифосфата натрия с баритовым концентратом в присутствии магнетитового концентрата проявляется синергетический эффект в виде резкого снижения содержания водорастворимых солей кальция, снижения адсорбции воздуха на частицах барита и снижения коагуляции частиц барита, благодаря чему повышается равномерность заполнения системы дисперсными частицами и увеличивается критическая концентрация утяжелителя за счет улучшения смачиваемости частиц барита, а следовательно, достигается технический результат - повышение утяжеляющей способности смеси при снижении ее абразивности благодаря усилению экранирующего действия частиц барита.
Заявляемый утяжелитель получают путем смешивания баритового и магнетитового концентратов и обработки смеси раствором триполифосфата натрия.
Пример 1. Утяжелитель готовят путем смешивания 60% магнетитового концентрата и 40% флотационного барита с влажностью 10-20%. Полученную смесь обрабатывают водным раствором триполифосфата натрия из расчета 0,01 г сухого вещества на 100 г сухой смеси. Полученный продукт сушат в муфельной печи при температуре 600-700°С в течение 2 мин в соответствии с заводской технологией сушки утяжелителей. Физико-химические показатели полученного утяжелителя приведены в табл.1, опыт 5.
Пример 2. Утяжелитель готовят путем смешивания 40% магнетитового концентрата и 60% флотационного барита с влажностью 10-20%. Полученную смесь обрабатывают водным раствором триполифосфата натрия из расчета 0,3 г сухого вещества на 100 г сухой смеси. Сушат продукт аналогично примеру 1. Физико-химические показатели полученного утяжелителя приведены в табл.1, опыт 10.
С целью сравнения готовят несколько вариантов утяжелителя, состав и свойства которых приведены в табл.1, опыты 1-4, 6-9, 11, 12. В опытах 5-12 приведены показатели утяжелителей, приготовленных по заявленной рецептуре. Добавление триполифосфата натрия в количестве 0,01-0,3% улучшает показатели утяжелителя по содержанию водорастворимых солей. Снижение их содержания способствует повышению утяжеляющей способности смеси (табл.3).
Абразивные свойства утяжелителя оценивали по скорости изнашивания металлических колец из стали 45 в среде водной суспензии утяжелителя с концентрацией 30%. Уменьшение веса кольца за 1 час характеризует абразивный износ стали в данной среде. Результаты испытаний приведены в табл.2, из которой видно, что абразивность утяжелителей, обработанных триполифосфатом натрия не менее 0,01% сверх 100% смеси барита и магнетита, ниже, чем у исходной смеси. Снижение абразивности объясняется более мощным экранирующим действием барита за счет снижения коагуляции его частиц в результате синергетического эффекта взаимодействия с триполифосфатом натрия и улучшением условий заполнения системы дисперсными частицами, т. е. более плотной их упаковкой.
Пример 3. С целью оценки влияния заявляемого утяжелителя на основные технологические свойства буровых растворов, в пробы растворов (см. табл.3) вводили такое количество утяжелителя (ϕпред), которое необходимо для достижения условного предельного значения вязкости Тусл=60±5 с. Условную вязкость Тусл замеряли с помощью воронки СПВ-5, плотность (ρ) - при помощи рычажных весов ВРП-1, структурно-реологические показатели (ηпл - пластическая вязкость. τ0 - динамическое напряжение сдвига, CHC1/10 - статическое напряжение сдвига за 1 и 10 мин) - на ротационном вискозиметре ВСН-3, фильтрацию (Ф30) - на приборе ВМ-6. Полученные результаты представлены в табл.3, из которой видно, что заявляемый состав утяжелителя способствует снижению показателя фильтрации буровых растворов.
Использованные источники
1. Авторское свидетельство СССР №988852, МПК С 09 К 7/02, 1982.
2. Патент РФ №1213060, МПК С 09 К 7/04, 1986.
Утяжелитель для обработки буровых растворов, содержащий искусственную смесь баритового и магнетитового концентратов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит триполифосфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Баритовый концентрат 40-60
Магнетитовый концентрат 40-60
Триполифосфат натрия Не менее 0,01% сверх 100% смеси
