Реагент для обработки буровых растворов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСГИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 680751 51)5 С 09 К 7/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпо изОБРетениям и ОткРытиямПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГХ Продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрилав присутствии лигносульфонатовБихромат натрия или 5,5-9 Целью изобретения явл ние качества буровых раст повышения смазочных свой временном снижении водоо вале температур 20 - 50 С. яется улучшеоров за счетств при однодачи в интерЦель достигается тем, ч обработки буровых растворо продукт щелочного гидролиз нитрила в присутствии лиг дополнительно содержит би или калия при следующем со гредиентов, мас. О,: о реагент для, содержащий а полиакрилоосульфонатов ромат натрия тношении инВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ростовский государственный университет(54) РЕАГЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЬРАСТВОРОВ(57) Изобретение относится к бурению геологоразведочных скважин, Цель - увеличение качества буровых раствооов за счетповышения смазочных свойств при одно Изобретение относится к бурению геологоразведочных скважин, а именно к реагентам для обработки буровых растворов. временном снижении водоотдачи в интервале температур 20 - 50 С. Реагент содержит следующие компоненты при их соотношении, .мас. ф: продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрила в присутствии лигносульфонатов 95,5 - 96,5; бихромат калия или натрия 3,54,5, Данный реагент обладает высокой солестойкостью и позволяет снижать водоотдачу в присутствии солей как натрия, так и кальция. Использование данного реагента может быть достигнуто за счет увеличения механической скорости бурения, уменьшения затрат времени и средств на борьбу с осложнениями, сокращения расхода материалов, необходимых для обработки буровых растворов, 1 табл,калия 3,5-4,5 Продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрила в присутствии лигносульфонатов представляет собой акрилонитрильный лигносульфонат, выпускаемый под товарным названием "Анилис", имеет плотность 1130-1140 кг/м, это вязкая жидкость темэно - коричневого цвета, хорошо растворимая в воде, Данный реагент обладает высокой солестойкостью и позволяет снижать водо- отдачу в присутствии как солей натрия, так и кальция, Однако эффективность сниженияводоотдачи при этом низка, что приводит либо к перерасходу реагента, либо к осложнениям, связанным с обвалами неустойчивых пород, а зто влечет за собой большие затраты времени и средств на борьбу с осложнениями, Другим недостатком реагента является то, что он обладает низкими смазочными свойствами.Бихромат калия или натрия - кристаллический порошок оранжевого цвета, хорошо растворимый в воде.Экспериментальные работы по оценке свойств буровых растворов, обработанных данным реагентом, выполнены по следующей методике,В "Анилис" вводили бихромат натрия или калия и производили перемещивание. Полученный реагент вводили в буровой раствор. При этом использовали как пресный, так и минерализованный буровой раствор. Пресный буровой раствор представлял собой 10-ную суспенэию бентонита, Минерализованный буровой раствор представлял собой 10%-ную суспензию бентонита, содержащую 30% хлористого натрия (йаС) и 2% гипса (Са 80 л), После этого оценивали технологические свойства буровых растворов, Плотность р измеряли пикнометрическим методом; условную вязкость (УВ) - с помогцью воронки ВБР; водоотдачу (В) - с помощью прибора ВМ.; статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин (СНС 1/1 о) - на приборе ВСН-З, Смазочные свойства оценивали по комплексу показателей: коэффициенту р трения измеренному на машине трения фирмы "Бароид", и коэффициенту сдвига глинистой корки (КСК), измеренному на реконструированном приборе СНС, Водоотдачу определяли при 20,35 и 50 С (В 2 о; Вз 5; В 5 о), Для термостатирования использовали термостат ТС-А. П р и м е р 1, К 970 г (97 мас. 7 О) "Анилиса" добавляют 30 г (3 мас,%) бихромата калия и производят перемешивание в течение 1,5 ч, После этого реагент вводят в пресный, а также в минерализованный буровые растворы в количестве 100 г реагента на 1000 г бурового раствора (10 мас,оь реагента от массы бурового раствора) и производят перемешивание в течение 15 мин, Пресный буровой раствор характеризуется следующими свойствами; р = 1060 кг/м;з, УВ =-37 с, СНС 11 о =-28/46 дПа; 82 о= 3 см; В 5 о3 см; р:. 0,45 усл. едКСК= 0,58 усл,ед, Минерализованный буровой раствор характеризуется следующими свойствами: р.-: 1220 к /и; УВ - 33 с; СНС 1 1 о - .=12/18 дГ 1 а; В 2 о6 см; Вз 5 = 5 см; В 5 о = 6см, р= 0,46 усл,ед; КСК =-0,60 усл,ед,Реагент, полученный по указанной выше рецептуре, перемешали еще в течение5 30 мин, т, е, всего в течение 2 ч, Послевведения реагента в том же количестве(10 влас.4 от массы бурового раствора) параметры его не изменились,Реагент выдержали в состоянии покоя в10 течение 24 ч. После введения реагента в томже количестве (10 мас,от массы буровогораствора) параметры его не изменились.П р и м е р 2, К 965 г(96,5 мас.%)"Анилиса" добавляют 35 г(3,5 мас,7 О) бихро 15 мата калия. Реагент получают тремя разны ми способами путем перемешивания его втечение разных промежутков времени: (1,5;2 ч), после выдержки в течение 24 ч. Затемкаждый из полученных такими способами20 реагентов вводят в пресный и минерализованный буровые растворы в количествах100 и 70 г на 1000 г бурового раствора(соответственно 10 и 7 мас,от массы бурового раствора) при перемешивании в тече 25 ние 15 мин. После этого оценивают свойстваобработанных буровых растворов,Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10 , полученным после перемешивания в течение 1,5 ч,ЗО характеризуется следующими параметрами; р = 1060 кг/см, УВ = 37 с; СНС 1/1 о ==0,60 усл,ед.Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10, полученным как после перемешивания в течение 245 ч, так и после выдержки в течение 24 ч,характеризуются оздинаковыми параметрами: р = 1060 кг/м; УВ = 38 с; СНс 1/1 о ==3 см; /с = 0,22 усл,ед,; КСК = 0,40 усл,ед.50 Минерализованные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10 о ,полученным как после перемешиванияв течение 2 ч, так и после выдержки втечение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами; р = 1220 кг/м, УВ = 34 с;55 СНС 1/1 о=9/18 дПа; В 2 о=4 см; Вз 5=4 см;В.,о= 3 см; р = 0,24 усл,ед.; КСК=- 0,42 усл,ед,Пресные буровые растворы, обработан.ные в количестве 7, полученным как послеперемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р = 1060 кг/м;з, УВ = 36 с; СНС 1/1 о = 23/40 дПа; Вго = 3 см;85 о = 3 см; р = 0,28 усл.ед.; КСК = 0,48з.усл. ед. Мине рализован н ые буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 7 , полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами; р = 1220 кг/м; УБ = 32 с; СНС 1/1 о = 8/15 дПа; Вго = б см; Вз 5 = 6 см;85 о = 6 см:,и = 0,29 усл,ед,; КСК = =0,49 усл,ед,П р и м е р 3, К 960 г (96 мас,%) "Анилиса" добавляют 40 г бихромата натрия. Реагент получают тремя разными способами путем перемешивания его в течение разных промежутков времени; 1,5 ч; 2 ч, после выдержки в течение 24 ч. Затем каждый иэ полученных таким образом реагентов вводят в пресный и минералиэованный буровые растворы в количествах 100 и 70 г на 1000 г бурового раствора (соответственно 10 и 7 мас.оот массы бурового раствора) при перемешивании в течение 15 мин, После этого оценивают свойства обработанных буровых растворов.Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами; р = 1060 кг/м; УВ = 37 с; СНС 1/10 = =28/46 дПа; Вго = 3 см; Вз 5 = 3 см; 85 о = =3 см;,и = 0,45 усл.ед КСК = 0,58 усл,ед,Минерализованный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами: р = 1220 кг/м; У В = 33 с;з.СН С 1/1 о = 12/18 дПа; Вго = б см; Вз 5 = б смз;85 о = б см;,и = 46 усл,ед.; КСК = 0,60 усл.ед,Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одзинаковыми параметрами: р = 1060 кг/м; УВ = 37 с; СНС 1/10 = =24/51 дПа; Вго = 3 см; Вз 5 = 3 см; 85 о = =3 см; р =0,22 усл,едКСК= О,41 усл.ед. Минерализованные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами; р = 1220 кг/см: УВ = 34 с; СНС 1/1 о=10/15 дПа; Вго=4 см; Вз 5 4 см;85 о = 4 см;,и = 0,24 усл,едКСК = =0,42 усл.ед. Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 7, полученным как после перемешивания в течение 2ч, так и после выдержки в течение 24 ч,5 характеризуются одзинаковыми параметрами. р = 1060 кг/см; УВ = 35 с, СНС 11 о ==3 см; р = 0,28 усл,ед КСК = 0,48 усл.ед,Минерализованные буровые растворы, об 10 работанные реагентом в количестве 7,полученным как после перемешивания втечение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р = 1220 кг/смз УВ = 31 с;15 СН С 1/1 о = 8/15 дПа; В го = б см: Вз 5 = б см:85 о= 6 см; р =0,30 усл,ед,; КСК=0,49 усл.ед,П р и м е р 4. К 955 г(95,5 мас.Я"Анилиса" добавляют 45 г(4,5 мас. ) бихромата калия, Реагент получают тремя разны 20 ми способами путем перемешивания его втечение разных промежутков времени: 1,5;2 ч, после выдержки в течение 24 ч. Затемкаждый из полученных такими способамиреагентов вводят в пресный и минерализо 25 ванный буровые растворы в количествах100 и 70 г на 1000 г бурового раствора (соответственно 10 и 7 мас,от массы бурового раствора) при перемешивании в течение15 мин. После этого оценивают свойства30 обработанных буровых растворов,Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч,характеризуется следующими параметра 35 ми: р = 1060 кг/см; УВ = 37 с; СНС 1/10 =.С Н С 1/1 о - 12/18 дПа; Вго = б см; Вз 5 = б см;з, з.85 о = 6 см; р 0,46 усл.едКСК = 0,60 усл.ед,45 Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 10, полученным как после перемешивания в течение 2ч, так и после выдержки в течение 24 ч,характеризуются одинаковыми параметра 50 ми: р = 1060 кг/м; УВ = 38 с; СНС 1/10 ==3 см;,и = 0,22 усл,ед.: КСК = 0,40 усл,ед,Минерализованные буровые растворы,обработанные реагентом в количестве10, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки втечение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р = 1220 кг/мз; УВ " 33 с;С Н С 1/1 о = 10/178 Па; В 2 о = 4 см; Вз 5 = 4 смз В 5 о= 4 см; и = 0,24 усл.едКСК = 0,42 усл.ед.Пресные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 7%, полученные как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются оздинаковыми параметрами: р =- 1060 кг/м; УВ = 36 с; СНС 1/1 о = =18/35 дПа; В 2 о = 3 см; Вз 5 = 3 см; В 5 о = =3 см; /с = 0,28 усл,едКСК = 0,48 усл,ед, Минерализованные буровые растворы, обработанные реагентом в количестве 7%, полученным как после перемешивания в течение 2 ч, так и после выдержки в течение 24 ч, характеризуются одинаковыми параметрами: р = 1220 кг/м УВ = 31 с; СНС 110=9/12 дПа; Вго= 6 см; Вз 5=6 см;3, з, В 5 о = 6 см;,и = 0,30 усл.ед.; КСК =- 0,49 усл,ед,П р и м е р 5. К 950 г (95 мас, ) "Анилиса" добавляют 50 г (5 мас. ) бихромата калия. Реагент получают тремя разными способами путем перемешивания его в течение разных промежутков времени: 1,5; 2 ч, после выдержки в течение 24 ч. Затем каждый из полученных такими способами реагентов вводят в пресный и минералиэованный буровые растворы в количествах 100 и 70 г на 1000 г бурового раствора (соответственно 10 и 7 мас.% от массы бурового раствора) при перемешивании в течение 15 мин, После этого оценивают свойства обработанных буровых растворов,Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10 , полученным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами: р = 1060 кг/м; УВ = 37 с; СНС 110 = =28/46 дПа; В 2 о= 3 см; Вз 5= 3 см"; В 5 о =- =3 см;,и = 0,45 усл,ед КСК = 0,58 усл.ед. Минерализованный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10%, полученным после перемешивания в течение 1,5 ч, характеризуется следующими параметрами: р =- 1220 кг/м; УВ = 33 с; СНС 1/1 о=-12/18 дПа; Вго= 6 см; Вз 5= 6 см; В 5 а = 6 см; р = 0,46 усл,ед КСК= 0,60 усл.ед.Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10 , полученным после перемешивания в течение 21 ч. характеризуется следующими параметрами: р = 1060 кг/м; УВ = 38 с; СНС 1/1 о = =24/37 дПа; В 2 о = 3 см; Вз 5 =- 3 см; В 5 о = =3 см/с = 0,22 усл.ед.; КСК = 0,40 усл.ед. Минерализованный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 10 о , полученным после перемешивания в течение 2 ч, характеризуется следующими параметрами: р = 1220 кг/м; УВ = 33 с;з,СН С 1/1 о = 10/17 дПа; В 2 о = 4 см; Вж = 4 см;з, з,В 5 о" 4 см;,и = 0,24 усл,ед.; КСК = 0,42усл,ед.Пресный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 7 , получен 5 ным после перемешивания в течение 2 ч,характеризуется следующими параметрами; р = 1060 кг/м; УВ = 36 с; СНС 1/10 ==3 см и = 0,28 усл.едКСК = 0,48 усл,ед,10 Минерализованный буровой раствор, обработанный реагентом в количестве 7, полученным после перемешивания в течение 2ч, характеризуется следующими параметрами; р = 1220 кг/м; УВ = 31 с; СНС 1/1 о =15 =9/12 дПа; В 2 о = 6 см; Взб = 6 см; В 5 о ==6 см;,и.= 0,30 усл.ед.; КСК = 0,49 усл.ед.После выдержки в течение 24 ч происходит гелеобразование. При этом реагенттеряет текучесть и превращается в однород 20 ный студнеобразный продукт со сшитойтрехмерной структурой, в результате чегоон становится непригодным для обработкибуровых растворов.Результаты экспериментальных работ25 обобщены в таблице.Анализ полученных данных показываетследующее.В результате обработки как пресных,так и минерализованных буровых растворов30 реагентом, содержащим 95,5 - 96,5 мас,"Анилиса" и 3,5 - 4,5 мас,% бихроматакалия или натрия (примеры 2 - 4) они обладают р = 1060 - 1220 кг/м; УВ = 31 - 38 с;з,СНС 1/1 о = 8-25/12-40 дПа, что соответству 35 ет аналогичным параметрам по прототипу ( р = 1060 - 1220 кг/м; УВ = 33 - 43 с;СН С 1/ю = 12 - 32/18 - 51 дПа), Однако такиебуровые растворы имеют,и =0,22 - 0,30 усл,ед.и КСК = 0,40 - 0,49 усл.ед., в то время как40 прототип имеет,и = 0,45 - 0,46 усл.ед, иКСК = 0,58 - 0,60 усл,ед. Это свидетельствует о повышении смазочных свойств буровыхрастворов.С увеличением содержания реагента в45 буровом растворе повышаются смазочныесвойства, Так, из примера 2 видно, что при10-ной обработке пресного бурового раствора р = 0,22 усл,ед. и КСК = 0,40 усл.ед.,а при 7-ной обработке эти показатели выше и составляют р = 0,28 усл, ед. и КСК ==0,48 усл. ед. При 10%-ной обработке минерализованного бурового раствора и = 0,24усл.ед, и КСК = 0,42 усл,ед.а при 7 о -нойобработке эти показатели выше и составляют,и = 0,29 усл.ед. и КСК = 0,49 усл.ед,Аналогичные закономерности проявляютсятакже и в примерах 3 и 4.Изменения соотношений "Анилиса" от95 5 ло 96.5 мас.% и бихромата натрия иликалия от 3,5 до 4,5 мас. в реагенте не оказывает влияния как на смазочные свойства, так и на величину водоотдачи, Так, например, минерализованный буровой раствор, обработанный 7 -ным реагентом по примеру 2, имеет Вго = 6 см; Взб = 6 см;з.Во = 6 см;,и = 0,29 усл,ед. КСК = 0,49з,усл,ед.; по примеру 3 В 2 о = 6 см; Взь = 6 см; Вю=бсм; р=0,30 усл.ед.; КСК=0,49 усл.е по примеру 4 Вго = 6 см; Взь = 6 см;3,Вьо =бсм; р=0,30 усл,едКСК=0,49 усл, ед,Водоотдача буровых растворов, полученных по примерам 2 - 4, составляетЗ - 6 см,3 что позволяет получить буровые растворы с такой водоотдачей, как в прототипе, но при меньших его содержаниях. Так, минерализованный буровой раствор по прототипу имеет водоотдачу 4 см при 15 в н образботкой "Анилисом", Данный реагент позволяет получить такую водоотдачу при 10 - ной обработке, что видно иэ примеров 2 - 4. При 10; - ной обработке "Анилисом" минерализованный буровой раствор по прототипу имеет водоотдачу 6 см, Такую же водоотдачу имеет минерализованный буровой раствор, обработанный 7 данного реагента, что также видно из примеров 2 - 4,С изменением температуры в интервале 20-50 С водоотдача при одинаковых содержаниях ингредиентов не изменяется, что также видно из примеров 2-4, Это свидетельствует о снижении водоотдачи при 20 - 50 С, а одновременно и о повышении солестойкости реагента,Из примеров 2-4 видно, что необходимо перемешивать ингредиенты в течение не менее 2 ч, поскольку при перемешивании 1,5 ч как смазочные свойства, так и водоотдача соответствуют аналогичным показателям по прототипу, а выдержка данных реагентов в течение 24 ч не приводит к улучшению смазочных свойств и повышению эффективности снижения водоотдачи.При содержании "Анилиса" 97 мас, и бихромата 3 мас,все свойства как пресного, так и минерализованного бурового раствора (пример 1) соответствуют аналогичным свойствам по прототипу, причем это имеет место при любом способе его приготовления (перемешивание в течение 1,5 и 2ч, выдержка в течение 24 ч). Это свидетельствует о том, что увеличение содержания "Ани 5 лиса" относительно 96,5 мас.и уменьшениесодержания бихромата относительно 3,5мас. не позволяет достичь цели изобретения,При.содержании "Анилиса" 95 мас. и10 бихромата 5 мас. цель изобретения достигается при перемешивании реагента в течение 2 ч (пример 5), Однако после выдержкиреагента в течение 24 ч он теряет текучестьи превращается в гель с пространственно15 сшитой структурой. Поэтому уменьшатьсодержание "Анилиса" ниже 95,5 мас,% иувеличивать содержание бихромата выше4,5 мас. нецелесообразно, так как приэтом получается реагент с малым сроком20 хранения, не превышающим 2 ч.Таким образом, цель изобретения достигается только в тех случаях, когда реагент для обработки буровых растворовсодержит 95,5 - 96,5 мас."Анилис а" и 3,525 4,5 мас. бихромата калия или натрия,Использование данного реагента может быть достигнуто эа счет увеличениямеханической скорости бурения, уменьшения затрат времени и средств на борьбу с30 осложнениями, сокращения расхода материалов, необходимых для обработки буровых растворов,Формула изобретенияРеагент для обработки буровых раство 35 ров, содержащий продукт щелочного гидро-лиза полиакрилонитрила в присутствиилигносульфонатов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью улучшения качества буровых растворов за счет повышения смазоч 40 ных свойств при одновременном сниженииводоотдачи в интервале температур 20 -50 С, реагент дополнительно содержитбихромат натрия или калия при следующемсоотношении ингредиентов, мас. :45 Продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрилав присутствии лигносульфонатов 95,5 - 96,5Бихромат калия или натрия 3,5 - 4,5- с 4 СО О -г-г-г г А Л В В оссс асчф ОО .О ЧГ .б.л ьссоо фсфо И ОИО ю л ь е сосо с Э л сч ФфоС 4 СЧ С 4 СЧл лсоос И О Ф л ц с оСч Цфо С 4 Сч СЧ Мл в сосо сч г со с сч сч с 4 М л ц в в осос ц 1 О ИО4ж к лсосо ц ц ц 1 Я ,С 4 О 44 Ъ" с сО и" СЧ О 1 си м С 4 ф-мил ф иоссЧ - с 4 СО г л М щ- с сч щИ М С 4 ф .(.- со фИсС 4 ф СЧмасчв х Ц Л со м м мс л м цммм оосс О с 4 О с 4 с сч с сч с с О С 4 о сч сосо Ч:4 СЧ О СЧ о сч о сч осос ОС огч С Сч С Сч оооо С 4 0 СЧ ссчссчс с ом м м м о см м ос ооо йлц 4 Фа44 О Оф й й 44фОЬ1 оаооОЦ ффсц 4 а Х х а Э Ь О и ос ос-лг оо ос(б а О й О ф Р,Ю х В ф п Ф а Е х х О х И Мамтс 10 МОМОМОМО МЧМХМОМЦМОС 1 МО оооо оооо оооо Э х х ф О Р О 44