Способ обработки бурового раствора

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез СоветскикСоциалистическихРеспублик ее 996425(23) Приоритет -Опубликовано 15,0283, Бюллетень Йе 6Дата опубликования описания 150283 И) М. Кл.з С 09 К 7/00 .Е 21 В 21/06 Гесударственеме кеветет СССР. ее делан езебретевве в еткрытей(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА Изобретение относится к бурению скважин, в частности к средствам и методам борьбы с обвалами, кавернообраэованием путем укрепления неустойчивой породы стенок скважины в процессе бурения.Известны способы химически обработанных глинистых. растворов с минимальной водоотдачей, применение утяжеленных глинистых растворов с минимально возможными значениями вязкости й водоотдачи, использование новых рецептур калиевых, кальциевых н других промывочных жидкостей, обеспечивающих ингибирующее действие 15на породу(1 ).Недостатками известных способов являются сложность осуществления и регулирования свойств, а также большой расход дорогостоящих реагентов. 20Наиболее близким к изобретению является способ обработки бурового раствора путем униполярной электрообработки бурового раствора в зоне одного иэ основных электродов диафраг менного электроактиватора до заданной величины редокс-потенциала 2(. .Однако буровой раствор, обработанный известным способом характеризу" ется низкой крепящей способностью. . 30 Целью .изобретения является повышение крепящей способности буровогораствора,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу обработкибурового раствора путем униполярнойэлектрообработки бурового растворав зоне одного из основных электродовдиафрагменного электроактиватора дозаданной величины редокс-потенциала,униполярную электрообработку производят в зоне отрицательного электрода до значений редокс-потенциала от-200 до -900 мВНа стенки скважины электрическоевоздействие осуществляют электрически заряженным буровым раствором, причем электрический заряд в буровомрастворе создают предварительноперед закачкой его в скважину путемуниполярной электрообработки его взоне основного отрицательного электрода диафрагменного злектроактиватора до заданной величины редокс-по-тенциала обработанного бурового раствора и эту величину редокс-потенциала поддерживают одинаковой по всему стволу скважины.Сущность изобретения заключается в следующем.Буровой раствор перед закачкой вскважину в процессе его циркуляции1 подвергается униполярной электрообработке в зоне основного отрицательного электрода диафрагменного электроактиватора. 5Глинистые частицйв буровом раст-.воре находятся в виде мицелл, имеющих ядро с внутренней, обкладкой двойного слоя (ДС) и внешний ионный слойпоглащенные ионы). 10В результате электроообработкибурового раствора в зоне основногоотрицательного электрода диафрагменного электроактиватора происходитотторжение внешнего ионного слоя отмицеллы, в результате чего она приобретает отрицательный заряд.В результате взаимодействуя отрицательно заряженного буровогЬ раствора со стенками скважины происходитпроцесс замещения в поглощающем комплексе стенок скважины ионов К+ иМа на катионы Н , Са+ , ЯА 19 ри Ге, в результате чего уменьшается толщина водной оболочки глинистых частиц, степень их.гидратации, гидрофильность, набухание и раз-,мокание, повышается водоустойчивость.В результате вторичных химическихреакций электролиза на стенках скважины образуются различные цементирующие вещества, способствующиеповышению прочности стенок скважиныза счет заполнения пор и пустот подобными цементирующийи веществами,,и перекристаллизации значительноповышает эффективность закреплениястенок скважины. 40Естественный потенциал горных пород, слагающих стенки скважины,составляет +150) -+ 250) мВ.. Буровой раствор до электрообработки имеет потенциал от +150 до250 мВ.Как показывают испытания электрообработку бурового раствора, с цельюукрепления стенок скважины, целесообразно проводить до значений редокс О,потенциалов от -200 до -900 мВ. Привеличине.редокс-потенциала буровогораствора менее - .200 мВ.процесс укрепления стенок скважины идет очень медленно, и желаемый эффект. может бытьдостигнут только путем многократныхобработок бурового раствора, а припотенциале -900 мВ не происходитощутимого повышения эффективностипроцесса, и,следовательно, нерационально продолжать электрообработку фраствора,Так как стенки скважины могут .быть сложены породами более кислымиредокс-потенциал приближается к нижнему пределу +150 мВ) и более щелочнымиредокс-потенциал приближается к верхнему пределу +250 мВ, то и редокс-потенциал эакачиваемого в скважину бурового раствора должен выбираться в пределах от -200 до - 900 мВ, так как экспериментально доказано, что для того, чтобы электрообработанный буровой раствор оказывал укрепляющее действие на стенки скважины, необходимо, чтобы разница потенциалов между электрообработанным буровым раствором и стенками скважины составляла не менее 400 мВ по абсолютной величине.Способ осуществляется следующим образом.В процессе бурения скважины при вскрытии пластов того или иного метологического состава для укрепления стенок скважины прочной и плотной глинистой коркой буровой раствор перед закачкой его в скважину подвергают, униполярной электрообработке в зоне основного отрицательного электрода диафрагменного электроактиватора до заданного значения редокспотенциала, величина которого выбирается в зависимости от величины редокс-потенциала вскрытых пород.Для того, чтобы глинистая корка по всему стволу скважины была одинаковой толщины, плотности и прочности, величину редокс-потенциала элект-. рообработанного бурового раствора поддерживают одинаковой (однозначной) по всему стволу скважины по отношению к вскрываемым пластам.Для этого первую порцию бурового раствора обрабатывают до величинымаксимального значения редокс-потенциала ( в пределах заданных значений), а в последующих порциях величину редокс-потенциала снижают до номиналь-. ного значения таким образом, чтобы разность величин потенциалов между породой, слагающей стенки скважины, и буровым раствором составляла 400 мВ по абсолютной величине.В этом случае в первой порции бурового раствора при взаимодействии со стволом скважины в результате ионно-обменных процессов редокспотенциал несколько снижается.В последующих порциях бурового раствора редокс-потенциал снижается на меньшую величину при взаимодействии со стенками скважин, так как на них уже образовалась глинистая.корка определенной величины.Поэтому при электрообработке бурового раствора на поверхности перед закачкой его в скважину необходимо. регулировать величины редокс-потенциала от максимальной до номинальной для поддержания величины редокс-потен циала однозначной в потоке бурового раствора по всему стволу скважины,,ных свойств изучаеьви пород являетсяих водоустойчивость, которую исследуют по скорости .и характеру раэмокания туронских и альбских глин,взятых иэ разреза скважин 150 площади Зеварды, на стандартном приборе ПРГ,Образцы пород (10 г) помещают взлектрообработанный Фильтрат бурового раствора с .потенциалами -100 10-1200 мВ и определяют их размокание. Контрольный образец опускаютв необработанный фильтрат буровогораствора. 15Набухаемость туронских и альбскихглин, взятых иэ того же разрезаплощади Зеварды, изучают по методике и на приборах, разработанныхв МИНХ и ГП им. И.М.Губкина. 20Для опытов взяты образцы туронскихи альбских глин2 г) и помещеныв фильтраты бурового раствора, имею-щие потенциалы-.100, -200 -400, -600,-800 -900. и -1000 мв25Контрольный образец находился внеобработанном фильтрате бурового:раствора.Редокс-потенциал бурового раствора измеряют на лабораторном иоиометре И. Величина редокс-потенциаласлужит мерой интенсивности процессовокисления - восстановления в системеи определяется соотношением концентраций окисленной и восстановленнойфорМионов, образующих данную систему.В табл.1 приведено изменение Физических свойств глин, подвергнутыхвоздействию электрообработанногофильтрата бурового раствора.Как видно из табл.1 электровоздействие на гилинистый материалснижает его размокание и набухание,что обеспечивает снижение кавернообраэования в стволе скважины. Учитывая, что потенциал породы в среднем 45равен +200 мВ, оптимальные значенияредокс-потенциала бурового растворадолжны находиться в пределах-200) -(-900)мВ. При значении редокс-потенциала менее -200 мВ набухание и размокание практически неизменяются.Увеличение редокс-потенциалапосле 900 мВ мало влияет на набухание и размоканне, а знергозатраты становятся больше. 25 и магния в карбонаты СаСО 9 и МЯСО,которые участвуют в цементации стенок скважины, Часть кальция связывается коллоидными частицами с обра.зованием Са Оз,5 Новый способ обработки бурового раствора обладает простотой использования н высокой технико-экономической эффективностью, обусловленной . следующими Факторами. Сокращается время на механическое бурение за счет снижения объема разбуриваемой породы (резкое снижение канернознообразования) на 30. Уменьшаются затраты, связанные .с цементированием скважи" ны, что объясняется тем, что в связи с сохранением номинального диаметра ствола скважины уменьшается расход тампонажного цемента на 15-20 н сок. ращается время цементировання скважины. Повышается качество цементировання скважины за счет лучшего заполнения тампонажным материалом затрубного пространства.Годовой экономический эффект по предварительным расчетам составляет до 1,5-2 млн. руб. В результате электровоздействия на Фильтрат бурового раствора из него выпадают гидроокиси Са(ОН)зи М(ОН), что приводиткизменению60 физико"механических свойств: прочности и водоустойчивости грунта. Эти свойства повышаются со временем вследствие карбонизацни, т.е. превращения гидратов окисей кальция 65 П р и м е р 2, На скважине 48 площади Зеварды в интервале бурения .406-2720 м, представленном глинистыми, аргиллитовыми и,песчанистыми породами, используют промывочную жидкость, которая до ввода в скважину пропускается через зону основного отрицательного электрода диафрагменного электроактиватора. В электрообработанный буровой раствор вводится крахмал, УЩР, КМЦРедокс-потенциал бурового раствора, закачиваемого в скважину, составляет ( -470) - (-630,мВ и номинально поддерживается -470 мВ по всему стволу скважины.В качестве контрольной выбрана скважина 150 площади Зеварды, которая выбурнвается в аналогичном разрезе с подобной конструкцией и промывочной жидкостью, . не подвергнутой электровоздействню, Редокс-потенциал бурового раствора + 200 мВ. Сопоставление полученных даннЫхпоказывает, что предлагаемый методпозволяет значительно повысить устойчивость пород, слагающих стенкискважины.В табл.2 приводятся результатыкавернометрическнх исследований наскважине 48 площади Зеварды(кам == 269 нм), пробуренной с применениемпредлагаемого способа, и на контрольной скважине 150 этой же площади,пробуренной по общепринятой техно,логии,-100 8,70 2 , 1.6 О , 1 2 0,55 0,56 0,08 Таблица 2 На скважине 48 используется буровой раствор, подвергнутый электровоэдейст вию Глубины, м Интервал, м Устредненный диаметр, мм-200 -400 -600 -800 -900 -1000 33,72 30,24 29,81 10,15 25,74 22,30 20,19 18,15 1 о,г 1 На скважине 150 используется буровой раствор, не подвергнутый электровоэдействию Глубины, м Интервал,м Усредненныйдиаметр, мм996425 На скважине 150 используется буровойраствор. не подвергнутый электровоздействию 1 Глубины. м Интервал.м Усредненный диаметр. мм1300-2020 720 380 295 2020-2140 120 270 290 22 285 65. 285. 330 270 340 295 130 62 310 85 16 320 2475-2485 290 1341-1370 29 270 275 1370-1400Ф1400-1486 2485-2600 11530 Коэффициент. кавернозности Е 1,556 30086 280 85 1486-1571 122 310 35 18 275 52 310 . 37 275 122 1988-2021 270 33 29 2021-2050 2050-2185.2185 2344 290 275 135 159 280 23442545 201 75 270 2545-2620 290К 1,093 100 2620-2720 На скважине 48 используется буровой , .раствор, подвергнутый электровоздействию ствию Глубины. м Интервал, м Усредненный диаметр, ма996425 12 Формула изобретения Составитель А.БалуеваТехредМ.Гергель Корректор А,ференцФ РедакторИ. Митровка Тираа 637 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 . Ваказ 839/36 Филиал ППП фПатентф, г, Уагород, ул. Проектная, 4ъ Способ обработки бурового раствора путем униполярной электрообработки бурового раствора в зоне одного из основных электродов диафрагменного электроактиватора до заданной величины редокс-потенциала, о т л и ч а ю" щ и й с я тем, что, с целью повышения крепящих свойств бурового раствора, униполярную электрообработку производят в зоне отрицательного электрода до значений редокс".потенциала от -200 до -900 мВ. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе5 1. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреидения ослоаиенийв бурении. М., фНедра", 1977, с.253.259.2. авторское свидетельство СССР10 по заявке 9 2764611/03,кл. Е 21 В 21/00 у 1979 (прототип) .