Способ получения глинопорошка для буровых растворов
Владельцы патента RU 2256685:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Бурение" (RU)
Изобретение относится к технологии приготовления материала и может быть использовано для производства глинопорошка для буровых растворов. Техническим результатом является получение модифицированного глинопорошка для буровых растворов с улучшенной транспортирующей способностью, которая характеризуется низким значением показателя нелинейности n и высоким значением коэффициента консистенции К, что важно для бурения в целом, но особенно важно для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин. В способе получения глинопорошка для буровых растворов, включающем совместный помол глины, кальцинированной соды, полимера и оксида магния, берут в качестве глины смесь кальциевого бентонита с натриевым бентонитом и/или с глиной смешано-минерального состава, а в качестве полимера и оксида магния - их смесь. В качестве полимера берут полимер М-14 ВВ или анионоактивный праестол, или смесь полимера М-14 ВВ с карбоксиметилцеллюлозой, или смесь анионоактивного праестола с карбоксиметилцеллюлозой. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к технологии приготовления материала и может быть использовано для производства глинопорошка для буровых растворов.
Бурение наклонно-направленных и горизонтальных скважин предъявляет повышенные требования к качественному транспортированию шлама на поверхность. Для этой цели наиболее эффективно применение биополимеров, обладающих псевдопластичными свойствами, которые характеризуются высоким значением коэффициента консистенции К и низким значением показателя нелинейности n (в уравнении Оствальда де Ваоле). При этом обеспечивается полное удаление шлама из наклонно-направленных и горизонтальных участков ствола скважины. Однако, высокая стоимость биополимеров является препятствием для их широкого применения.
Глинопорошки являются самыми дешевыми структурообразователями буровых растворов.
Известен способ получения глинопорошков для буровых растворов, заключающийся в том, что комовая глина после грубого дробления и грохочения подсушивается в сушильном барабане до остаточной влажности, определяемой условиями тонкого помола, и подвергается тонкому помолу в шаровых или ролико-маятниковых мельницах [1].
Недостатком этого способа является: получение глинопорошка с низким выходом раствора в связи с наличием неактивной фазы в виде песка и неудовлетворительной транспортирующей способностью водных суспензий глинопорошка, которая характеризуется низким коэффициентом консистенции К и высоким показателем нелинейности n.
Известен также способ производства глинопорошков для буровых растворов, заключающийся в том, что комовая глина после грубого дробления подсушивается в сушильном барабане до остаточной влажности, определяемой условиями тонкого помола, и подвергается тонкому помолу в шаровых или ролико-маятниковых мельницах совместно с кальцинированной содой, полимером и оксидом магния [2].
Недостатком этого способа является получение глинопорошка с невысокой транспортирующей способностью, которая характеризуется низким значением коэффициента консистенции К и высоким значением показателя нелинейности n.
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения модифицированного глинопорошка для буровых растворов с улучшенной транспортирующей способностью, которая характеризуется низким значением показателя нелинейности n и высоким значением коэффициента консистенции К, что важно для бурения в целом, но особенно важно для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения глинопорошка для буровых растворов, включающем совместный помол глины, кальцинированной соды, полимера и оксида магния, в качестве глины берут смесь кальциевого бентонита с натриевым бентонитом и/или с глиной смешано-минерального состава, а в качестве полимера и оксида манния – их смесь. В качестве полимера можно использовать полимер М-14 ВВ или анионоактивный полимер праестол, или смесь полимера М-14 ВВ с карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ), или смесь анионоактивного праестола с карбоксиметилцеллюлозой.
Глина смешанно-минерального состава характеризуется присутствием различных породообразующих минералов, например, монтмориллонит смешано-слойного образования с переслаивающимися пакетами иллита и разбухающими пакетами смектита. В качестве глинистых примесей к смешано-слойному минералу может присутствовать каолинит и хлорид, а в качестве неглинистых – полевой шпат, α-кварц, кристабалит.
Полимер М-14ВВ представляет собой сополимер метакриловой кислоты и метилметакрилата.
Праестол – продукт сополимеризации акриламида и (2-акриламидопропила) триметиламмононий хлорида.
Применение смеси кальциевого бентонита с натриевым бентонитом и/или с глиной смешано-минерального состава для последующей модификации в процессе совместного помола с кальцинированной содой и заявляемыми полимерами в смеси с оксидом магния обеспечивает глинопорошку свойства, позволяющие при высоком выходе раствора из одной тонны глинопорошка существенно улучшить его транспортирующую способность. При приготовлении из него основы бурового раствора, последняя характеризуется низким значением показателя нелинейности n и высоким значением коэффициента консистенции К.
Обусловлено это тем, что натриевый бентонит обеспечивает диспергацию и развитие необходимого числа единичных контактов частиц. Однако, лишь при определенном, свойственном кальциевому бентониту, содержании в обменном комплексе бентонита щелочноземельных катионов, при модификации происходит образование связей, обеспечивающих технический результат, достигаемый заявляемым решением.
Механизм образования этих связей предположительно следующий.
Поверхность бентонитовой частицы имеет отрицательный заряд. Положительно заряженные частицы смеси полимера с оксидом магния прикрепляются к более крупным частицам бентонита, имеющим противоположный заряд. Посредством электростатического взаимодействия между противоположно заряженными базисными гранями образуется аддукт бентонита, оксида магния и полимера, который участвует в осуществлении синтеза новых свойств продукта. Избыточный заряд компенсируется посредством обменных ионов между слоями и на поверхностях кристаллов, что приводит к структуре сэндвича. Такая структура при диспергировании в воде имеет низкую пластическую вязкость, высокое напряжение сдвига, низкое значение показателя нелинейности n, высокое значение коэффициента консистенции К, что обеспечивает эффективную транспортировку шлама во время циркуляции раствора при низком содержании глинопорошка в растворе за счет высокого выхода раствора.
Способ осуществляется следующим образом:
Пример 1.
Берут комовую глину, например, Черкасского месторождения (кальциевый бентонит), добавляют комовую глину, например, Герпегежского месторождения (натриевый бентонит) в соотношении, например, 1:1. Дробят смесь глин до кусков ⊘2-7 мм, сушат до остаточной влажности 7-8%. К 500 г смеси глин добавляют, например, 18 г кальцинированной соды и, например, 10 г смеси полимера М-14 ВВ с оксидом магния в соотношении, например, 1:9. Полученный компаунд измельчают в лабораторной шаровой мельнице до прохождения 85% глинопорошка через сито №025.
Готовый глинопорошок испытали с определением выхода раствора, показателя консистенции К и показателя нелинейности n.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Пример 2.
Операции проводят аналогично примеру 1, но в качестве смеси глин берут, например, смесь глин Черкасского, Герпегежского и Миллеровского (смешано-минерального состава) месторождений в соотношении, например 2:1:1. Результаты испытаний готового глинопорошка приведены в таблице 1.
Пример 3.
Операции проводят аналогично примеру 1, но вместо Герпегежской глины берут, например, глину Миллеровского месторождения. Результаты испытаний готового глинопорошка приведены в таблице 1.
Пример 4.
Операции проводят аналогично примерам 1, или 2, или 3, но вместо смеси полимера М-14 ВВ с оксидом магния берут, например, 11 г смеси полимеров: М-14 ВВ, КМЦ и оксида магния в соотношении, например, 1:1:9. Результаты испытаний готового глинопорошка приведены в таблице 1.
Пример 5.
Операции проводят аналогично примерам 1, или 2, или 3, но вместо смеси полимера М-14 ВВ с оксидом магния берут, например, 10 г смеси полимера праестол 2540 или 2530 с оксидом магния в соотношении, например, 1:9. Результаты испытаний готового глинопорошка приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||
| Пример | Выход раствора, м3/т | Показатель нелинейности, n | Коэффициент консистенции. К, Па·сn |
| Прототип | 18,5 | 1,2 | 0,95 |
| Пример 1 | 20,5 | 0,30 | 6,8 |
| Пример 2 | 19,1 | 0,42 | 5,6 |
| Пример 3 | 16,8 | 0,48 | 4,4 |
| Пример 4 | 20,7 | 0,34 | 5,9 |
| Пример 5 | 19,8 | 0,42 | 4,2 |
Как следует из таблицы 1, техническим результатом изобретения является снижение показателя нелинейности n и повышение коэффициента консистенции К.
Источники информации
1. Денисов П.И. и др. “Производство и приготовление глинопорошков в бурении”. М., “Недра”, 1964, с.32-48.
2. SU № 1331879 А1, С 09 К 7/00, опублик. 23.08.1987.
1. Способ получения глинопорошка для буровых растворов, включающий совместный помол глины, кальцинированной соды, полимера и оксида магния, отличающийся тем, что берут в качестве глины смесь кальциевого бентонита с натриевым бентонитом и/или с глиной смешаноминерального состава, а в качестве полимера и оксида магния - их смесь.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимера берут полимер М-14 ВВ, или анионоактивный праестол, или смесь полимера М-14 ВВ, с карбоксиметилцеллюлозой, или смесь анионоактивного праестола с карбоксиметилцеллюлозой.
