Способ приготовления утяжелителя для буровых растворов

(71) Всесоюзный научно-исстельский институт по креплжин и буровым растворам(56) 1. Патент США У 15759кл. 252-85, опублик. 1923. ОБРЕТЕНИЯ 2, Справочник инженера по бурению. Под ред. Мищевич В.И. "Недра", 1973, с. 342 (прототип) .(54)(.57) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ уТЯЖЕ- ЛИТЕЛЯ ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ на основе оксида железа (11, 111/ путем его измельчения, о т л и ч а в щ и й с я тем, что, с целью сохранения структурно-реологических свойств буровых растворов путем снижения ферромагнитных свойств утяжелителя;нзмельчение производят до удельной поверхности 0,3-0,5 м/г.Изобретение относится к бурениюнефтяных и газовых скважин и можетбыть использовано для получения утяжелителя буровых растворов, в томчисле специальных видов утяжелителей (утяжелитель-нейтралиэатор сероводорода, утяжелитель для сверхтяжелых буровых растворов).Известно применение в качествеутяжелителей буровых растворов измельченного оксида железа 760 ь 13. 10Известен способ получения утяжелителя на основе .оксида железа(11, 11 Цпутем его измельчения, Измельчениеконцентрата проиэвопят до удельнойповерхности. 0,1700 м /г (остаток на 152.сите 90 мкм 4,8), Железистые утяжелители имеют преимущество переддругими известными утяжелителями,так как обладают высокой плотностью(4,5-5 0 г/смз)2,20Недостатками железистых утяжелителей являются высокая абразивность,наличие ферромагнитных свойств иседиментальная неустойчивостьВысокая абразивность железистыхутяжелителей объясняется их высокойтвердостью (5,5-6,5 по шкале Мооса),острогранной формой и относительнобольшой массой частиц. Ферромагнитные свойства магнетитовых утяжелителей вызывают ряд осложнений в буровых растворах (эагущение, налипание на бурильный инструмент и т.д.),Так как магнетит имеет высокуюплотность(4,5-5,0 г/см 9 его крупныечастицы седиментационно неустойчивы 35и могут выпадать из бурового раство,ра в скважине и циркуляционной системе. Все эти факторы вызывают как осложнения при бурении скважин ( эрозионный износ бурильных и обсадных 4 Отруб, прихваты бурильного инструмента), так и перерасход материалов.Цель изобретения - сохранениеструктурно-реологических свойств буровых растворов за счет сниженияферромагнитных свойств утяжелителя., Поставлнная цель достигаетсяспособом приготовления утяжелителядля буровых растворов на основе оксида железа (11 , П 1 путем его измельчения,согласно которому иэмельче.ние производят до удельной поверхности 0,3-0,5 м /г.Магнетит обладает одной особенностью: при тонком измельчении доопределенного предела его загущающая способность по отношению к буровым растворам практически не увеличивается. Это объясняется тем, чтопри уменьшении размера, частиц Ферромагнетика (магнетита), уменьшается ЬОвклад магнитной составляющей в силы взаимодействия между частицами,Магнитные силы притяжения прибольших размерах частиц10-90 мкм)существенно снижают потенциальный барьер отталкивания и вызываю;"магнитную коагуляцию" дисперсиймагнетита. Этим объясняется эагущение буровых растворов при использовании магнетитовых утяжелителейобычного помола (удельная поверхность0,11-0,17 м/г), При увеличениидисперсности магнетита вклад магнитной силы притяжения в силы взаимодействия между .частицами уменьшается, что способствует снижениюуровня коагуляции и структурообраэования в буровом растворе. Уменьшение магнитных сил взаимодействия компенсирует рост удельнойповерхности магнетита. (количествасвязанной воды )и рост числа частицв дисперсии,Поэтому при увеличении стеиениизмельчения магнетита до определенного предела не наблюдается увеличение его загущающей способности.При этом уменьшаются размеры частиц магнетита (в среднем до 3-5 мкм),что способствует достижению поставленной цели: снижению абразивных иФерромагнитных свойств, повышениюседиментационной устойчивости. Увеличение удельной поверхности магнетита может быть использовано приприменении его в качестве нейтрализатора сероводорода,П р и м е р 1. Методика получения образцов утяжелителей с различной удельной. поверхностью. В качестве исходных материалов взяты магнетитовый концентрат ЛебединскогоГОКа ( удельная .поверхность 0,127 м /г)и дробленная баритовая руда Войшорс-,кого месторождения. Образцы магнетитового и баритового утяжелителейизготовили путем помола в шаровоймельнице МЕЛ конструкции Гипроцемента при различном времени пребывания в ней материала. Удельную поверхность замеряли методом воздухопроницаемости на приборе ПСХ.физико-химические показателиполученных образцов приведены втабл,1.П р и м е р 2. С целью оценкивлияния измельчения утяжелителя( в сравнении с баритом) на структурно-реологические показатели буровогораствора, исходный буровой растворсостава; КМЦ/600 0,35 вес.Ъ;окзил 0,5 вес.З; глина бентонитоваясаригюхская 3 об.Ъ, вода остальное,Утяжеляли баритом и магнетитом различной дисперсности в количествах 10,20 об. и более до достижения максимальных измеримых реологических покаэателй. Измерения реологическихпоказателей параметров ( предельноединамическое напряжение сдвига Г 0предельное статическое напряжениесдвига за 1 мин 6 и 10 мин 8,0, пластическая вязкость , проводили наМатериалг/см Удельная поверхность поПСХ м /г Остаток на сите 90 мкм,Ва 04 Ре 04 А 1 з О 1 О СаО Магнетитовый концентрат ЛГОКа 2,42 0,127 5 0,25 0,300 0,500 0,1 5 МолотыбаритВойшор.скогоместорождения 0,1 2,1 12,953 ротационном вискоэиметре ВСН. Условную вязкость Т измеряли с помощью воронки СПВ. Полученные результаты приведены в табл.2.Как видно из табл.2, измельчение утяжелителя практически не влияет на реологические свойства бурового раствора в отличие от баритаУвели чение статического напряжениясдвига хотя и происходит, но незначитель ноВ то же время наблюдается неболь шое снижение пластической вязкости, условная вязкость практически не изменится, Лишь при удельной поверхности 0,55 мз/г начинает проявляться влияние измельчения на реологические свойства бурового раствора.Таким образом, измельчение магнетита по удельной поверхности 0,5 мф/г практически не влияют в отличие от барита на реологические свойства буровых растворов.П р и м е р 3. Абразивные свойства образцов магнетита определяли по изменению массы специального стального кольца, укрепленного на,валу лабораторной мешалки частота вращения мешалки 8000 об/мин, время 4 ч ) и характеризовали их коэффициентом относительной абраэивности где Р и Р - масса стального кольца соответственно до и после испытания. 35 Испытания проводились в среде вод" ной суспензии с различным содержанием утяжелителей.Результаты испытаний образцов магнетита с различной удельной поверхностью представлены в табл,З. и 4.Абразивность магнетитовых утяжелителей сравнивалась с абраэивностью баритового, который наименее абразивен.Из таблиц видно, что абраэивность магнетита снижается по мере его измельчения и при удельной поверхности 0,300 м/г по величине сравнивается с абразивностью баритового . утяжелителя. Дальнейшее измельчение до 0,5,м/г) при сохранении структурно-реологических показателей бурового раствора снижает абраэивность в 4-5 раэ.Таким образом, оптимальной областью измельчения магнетита является (0,3-0,5 м 9 г по удельной поверхности), так как дальнейшее иэмельчение хотя и снижает абразивность, но при этом возрастают структурно-реологичес. кие показатели.ЭПредлагаемый способ получения магнетитового утяжелителя способствует повышению технико-экономических показателей бурения за счет уменьшения износа бурового оборудования и инструмента, уменьшения аварийности, увеличения коммерческой скорости бурения. При этом открываются воэможности для получения качественных утяжелителей высокой плотности до 5 г/м).Таблица 1 Химический состав, Ъ1006468 Параметры баритового раствора Удельная поверхность по ПСХ, м/г Объемная концентрация,ф Утяжелитель фю Па Па Магнетитовый концентратЛГОКа 75 32,6 38 0,127 120 65 165 107 325 237 65 33 83 42 10 81 0,252 20 136 188 50 260 350 33 45 90 40 153 20 198 142 0,300 270 360 108 162 225 0,5 20,315 260 315 370 30,5 62 150 45 291 210 0,555 50 80 н.и. н.и Варит Войшорс- кий 10 0,1310 201006468 8Таблица 34Абразивность при содераании утяаелнтелейв оуспензни, об. 10 фв ав ев ю ае ю а е Утюкелитель 5 10 15 Магнетитовый концентрат 0,127 80 20 40 0,252 10,2 32,039,0 ЛГОКа 14,8 23,2 3,3 8., 3 16,7 25,3 30,0 4,03 . 6,83 0,8 1,65 2,32 0,65 1,52 0,1 1,02 0,35 Варит Войшорский 0,131 0,7 13,3 20,0 275 35,0 Таблица 4 Ввю Остатки на ситах, Ф 90мкм,170меш 74мкм,200меш 50мкм,270меш Эр 68 ф 10 0,1 1,5 11 уо 0,50 34510 хх 10 1 О ф 0,5 2,114,00,30 42730 хх 10 ф 120 а 10 0,17 89468 хх 10 ф 4,8 6,5 22,0 Яагнетитовый концентрат(ТУ 39-03574) Неболее10 ВНКИПК Заказ 2047/40 Тирау 637 Подписное юююююююююююююююююююю 3 юю ю ююююююеаююююю фйлиал ППП Патент ,г.Уигород,ул,Проектная,4 МаГнетитоаевый концентрат ЛГОКа(исканий) Удельная поверхность по ПСХ, м 9 г О, 300 О, 500 О, 555 Удельная по- верхностьна ПСК, мф/г Удельная магнитная вос- принм- чивостьх,.см /г (щ = 1 оао Относительная. абразивность при содериаае нии утяиели. теля 25 об.