Буровой раствор

(57) Сущность изобтвор содержит, масмагния 1-3; лигносу6; вода остальное. Хра, Обладает ни прочностью структур мостойкостью и те 200 С. 2 табл. ретения: буровои расф; глина 8 - 40; оксид ьфонатный реагент 2 - арактеристики раствозкой вязкостью и ы,.реаологической террмостабильностью до льский Липкес, Денисояжущие1,ка буро-. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБ 1(56) Вайвад А.Я, Магнезиальные ввещества, Рига: Зинатне, 1971, с. 27Кистер З,Г. Химическая обработвых растворов, М.: Недра, 1972, 392 Изобретение относится к бтяных и газовых скважин, а имевам буровых растворов.Известны буровые растворы на основе глины и воды, которые для улучшения реологических свойств содержат лигносульфонатные реагенты-стабилизаторы,Однако подобные буровые растворы вызывают пептиэацию выбуренной породы, разупрочнение стенок скважины, недостаточно устойчивы к действию высоких температур, нестабильны во времени.Наиболее близким к предлагаемому является буровой раствор, включающий кроме глины, воды и лигносульфонатного реагента ингибитор гидратации и разупрочнения глинистых сланцев, состоящий из извести (оксид или гидрооксид кальция) и каустической соды,Основную роль в снижении набухаемости и диспергируемости глины при известковании играет необменное поглощение извести глиной с образованием гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, которые блокируют активные центры поверхности М глинистых минералов, вызывая уменьшение С ее гидрофильности. Каустик вводится в раствор для ограничения растворимости извести. поскол ьку .повышенное содержа н ие ионов кальция в дисперсионной среде ухудшает стибилиэирующую способность защитных реагентов и вызывает коагуляцию 4 системы, рост водоотдачи и структурно-.ме- Ы ханических свойств. Кроме того, каустик об Ь легчает взаимодействие.Са(ОН)2 с глиной, 0 активируя поверхность глинистого минера- Со ла, ИНедостатком указанных растворов является их низкая термостойкость, приводящая к загустеванию, а.иногда и к эатвер- а деванию этих систем при температурах свыше 120 С, Ограниченная термоустойчивость объясняется интенсификацией с повышением температуры химического взаимодействия глины с гидроокисью кальция и образования конденсационно-кристаллизационных структур гидросиликатов кальция, которые является гидравлическими вяжущими веществами. Этот. процесс структурообразования усиливается с повышением концентрации извести, что является препятствием к достижению высокой степени кальцинирования и достаточного ингибирующего эффекта,Целью изобретения является снижение вязкости и прочности структуры, обеспечение реологической термостойкости и термостабильности буровых растворов до 200 С.Указанная цель достигается тем, что буровой раствор, состоящий из глины, воды, ингибирующей добавки (ингибитора) и лигносульфонатного реагента, содержит в качестве ингибитора оксид магния, причем компоненты взяты в следующих соотношениях, мас,7:Глина 8-40 Оксид магния 1 - 3 Лигносульфонатный реагент 2 - 6 Вода Остальное В.качестве глин были выбраны саригюхский бентонит, дружковская гидрослюда и черкасский палыгорскит,В качестве стабилизаторов использовались реагенты, традиционно используемые с известковом растворе; сульфит-спиртовая барда (ССБ), конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ) и окзип,Снижение реологических характеристик, предотвращение температурных загустеваний и обеспечение термостойкости до 200 С обьясняется хемосорбционным поглощением оксида магния и продуктов его гидратации глиной и с образованием на ее поверхности минералов типа гидросиликатов и гидроалюминатов магния, которые в отличие от гидросиликатов и гидроалюминатов кальция не являются гидравлическими вяжущими веществами и характеризуются значительно большей устойчивостью к действию температур, чем глинистые минералы, а также прочной. связью новых поверхностных соединений с реагентами-стабилизаторами,Одновременно оксид магнияобеспечивает и сильный ингибирующий эффект, гидрофибизируя поверхность частиц и снижая ее набухаемость, о чем свидетельствует значительный рост водоотдачи и коагуляционное загущение подвижного бентонитового раствора после введения в него МцО.Результаты влияния оксида магния на свойства бентанитовой суспензии представлены в табл,1.Наличие на поверхности кристаллической решетки алюмосипикатов гидрата оки зонах в процессе нагрева и охлаждения, и его термостабильности, определяющейся отсутствием гистерезиса реологических свойств при нагреве-охлаждении, часть рас твора испытывали в высокотемпературномреометре РаппС (США), а оставшийся раствор термостатировали 5 ч во вращающихся автоклавах. Температура нагрева в реометре и автоклавах дпя растворов с 40 МцО составляла 200 С, а для растворов сизвестью (СаО) составляла 150 С, поскольку . после нагрева до 2000 С все известковые.растворы имели неприемлемо высокие реологические параметры, При испытании в вы сокотемпературном реометре измерялиреопогические параметры растворов в процессе нагрева-охлаждения, После термоста. тирования в автоклавах измерялиплотность, условную вязкость, показатель 50 фильтрации и водородный показатель растворов,Результаты экспериментов представлены в табл.2.Как видно из табл,2, известковые растворы технологически несостоятельны даже при температуре 150 С (растворы 1-3), Предлагаемый буровой раствор, содержащий в качестве ингибитора оксид магния, является термостойким и термостабильным до 200 С, т,е. сохраняет удовлетворитель 15 20 25 30 си магния и особенности коллоидно-химической активности последнего облегчают и усиливают взаимодействие глинистых минералов с лигносульфонатными реагентами с образованием координационных и водо- . родных связей между поверхностными ионами магния и полярными группами стабилизаторов, значительно более прочных чем обменные связи реагентов с поверхностью глины, неустойчивых к температурнымвоздействиям, Образовавшиеся при этом стабилизационные слои гидрофилизуют модифицированные МцО глинистые частицы и надежно экранируют коагуляционнотиксотропные контакты, что обеспечивает низкие реологические параметры предлагаемого бурового раствора, его термостойкость и термостабипьность и диапазоне . температур от 20 до 200 С.Технологию приготовления и порядок испьтания предлагаемого раствора описываем на примере раствора М 13 (табл.2),В 425 мл воды засыпают 50 г саригюхского бентонита и перемешивают 1,5 ч нв высокооборотной мешалке, Затем вводят 10 г оксида магния и 15 г КССБ и перамеш- вают еще в течение 30 мин, Для оценки термо стойкости бурового раствора, свойства сохранять реоогческе араметры в технологически допустимых диапа1736985 30 Таблица 1 Обменнаяемкостьбентонита, вы численная по адсорбции метиленовой сини, мг-экв/100глины Технологические показатели Содержание компонен.тов,мас. , в растворах Статическое напряжение сдвига, снс. 1/1 О 6 Пав,о10,б згНе течет 12 зз 1.ОТ 1,О 7 1 О 1 О ные реологические свойства в интервале температур 20 в 2 С и имеет практически идентичные вязкость и прочность структуры до нагрева и после охлаждения.Диапазон содержания глины определяют в растворах 10-12, 16-18, Нижний пре дел содержания глины 8, так как ниже этой величины растворы теряют седиментационную стабильность, а верхний предел 40 оз, так как выше этого пРедела РаствоРы обладают очень высокими структурно-механическими свойствами.Диапазон содержания оксида магния определяют в растворах 4,6,22,24. Ниже величины 1 - МоО не оказывает заметного модифицирующего действия на глину, что обусловливает низкую термостабильность систем.:После нагрева до 200 С и последующего охлаждения вязкость растворов увеличивается. в 2 - 3 раза, а прочность структуры в 7-10 раз. При концентрации оксида магния свыше 3% повышается волокнистость образовавшихся гидросиликатов магния, что приводит к увеличению прочности структуры и гелеобраэованию при высоких температурах.Пределы содержания понизителя вязкости определяются в растворах 5,6 и 22,23.Ниже содержания лигносульфонатного реагента (2) не обеспечивается достаточной стабилизации, что приводит к повышенной вязкости и прочности структуры. При превышении верхнего предела (6 начинается сопряженное структурообразование глинистые частицы - реагент, что также приводит к росту вязкости, статического напряжения 5 сдвига и гистерезису реологических характеристик после охлаждения.Применение предлагаемого буровогораствора обеспечивает снижение затрат материалов и времени на обработку раствора 10 вследствие высокой термической устойчивости и стабильности системы, а также позволяет исключить применение каустической соды и повышает срок службы бурильного инструмента в результате понижения 15 щелочности предлагаемого бурового раствора по сравнению с прототипом,Формула изобретения Буровой раствор, содержащий, глину, 20 воду, ингибирующую добавку и лигносульфонатный реагент, отл ича ю щи йс я тем, что, с целью снижения вязкости и прочности структуры, обеспечения реологической термостойкости и термостабильности до 200 С, 25 раствор содержит в качестве ингибирующейдобавки оксид магния, причем компоненты взяты в следующих соотношениях, мас.%:Глина 8 - 40 Оксид магния 1 - 3 Лигносульфонатныйреагент2-6 Вода Остальное.аа )л о о м т соомс фммсЧ мф и с 1 1 1 О 1 Ф1 цо 1 Х 1 9 О 1 1 1 36 е Фа 1 1 1 1 3. 11 1 Ц.кащ оо ыо л х Ф ц 1. 9 о т Ч а ма сч со к .т л л . л л л.т а ОО О О М о ф О ф мм м.т ц лч ф бс)6Фоеоо0 ОООО ОО ООООООО сч к )ч м сч ч и ооо ввв 1 1 1 1 1 11 131 Хо3.Ф 3ох)л а мвл аао а аО1 1 1 т 1 111 11 1 1 1 Ф о 1 1.9 1 о с о х 1 1 1 1 6 1 1 1 ооо 1 1 )1 ОЦ 1 еех тхц 1 1 6 1 1 1 16 -6 1 ц Ф с о Фх ы 1 1 Ф 3 о 9 о . аов1 ф.тт 1 о1 3 1 М 1 3 1 1 1 1 ц Х )1 Я 1х оооо оооо оО о о оО 1 6 1 3 о о Ф 1 ц Ф й. вь м ФЧ Ч СЧ вО лф аа л вм.т сч мм мр а т маЛ 1 Лавам -сО)О ВГ О ОЪ О гЛО ФЧ и в ввО .т ООммм йф - сч.т сч м о о о о о сч м в о в сч О О О О О О О МО М О ЦФ фв 1" гфамма- -оо 6)7 о )т) О) ОФ ФЛ в О ф О СЧ В ФЧ О О С 4 О ЦЪо -т О ц 3 о в Фл т т л л сл о .т в м ф сч сч м м м М Ч СЧ Ч М )3 О) М М СО со со со м о м со а ф ф ОООО МММООО оООООООООООО ОООООООООООО СЧ СЧ Ч СЧ СЧ М СЧ )Ч СЧ СЧ:Ч ФЧ 111.т 1111111 т-тт т-т т 4 1 О 3 1 1 1 1 1 1 3 1 3 3 Ф 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 3 1 1 1 ОСЧ М СЧ М К 4 М М М СЧ 4 ) 4 М М в1133111-11 1 3 1