Реагент для обработки буровых растворов

(71) Гомельское отделение Белорусского геологоразведочного научно-исследовательского института(56) 1. Рязанов Я.А. Справочник побуровым растворам. М.: Недра, 1979,с.75.2, Журавлев Д.М. Направление совершенствования безглинистых промывочных жидкостей и механизма их очистки. -Новые технические средства для бурения, освоения и опробования гидрогеологических скважин. М.: 1982, с.45-55.3. Авторское свидетельство СССР У 897830, кл. С 09 К 7/00, 1980.(54)(57) РЕАГЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содержащий каустобиолит с влажностью 40-503, 507-ный раствор гидроокиси натрия и воду, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества реаРента за счет повышения его солестойкости и стабилизирующих свойств при одновременном уменьшении склонности к самовозгоранию, в качестве каустобиолита реагент содержит сапропель с содержанием сапропелевых кислот не менее 357 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:Сапропель 64,0-68,6507,-ный раст 12 ЯИзобретение относится к горному делу, в частности получению химических реагентов для обработки буровых растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин. 5Каус 1 обиолитовый реагент готовят путем смешивания сапропеля с содержанием органического вещества 60- 70% и влажностью 40-50% с 50%-ным раствором гидроксида натрия в раэ О личных соотношениях с последующим нагреванием реакционной массы в герметически закрытых бомбах в течениео2 ч при 100-120 С. Сушку реагента проводят при 100-105 С до влажности 15 10-207.П р и м е р 33,4 г обогащенного сапропеля влажностью 507. смешивают с 26,6 г 50%-ного раствора гидроксида натрия (состав 3), Смесь тщатель О но перемешивают, помещают в герметически закрываемую бомбу и выцерживают при 100-120 С 2 ч. После окончаония реакции для удаления избытка воды реагент сушат при 100-105 С до 5 влажности 207 Остальные составы ре агента готовят аналогичным образом.Результаты испытания по определению выхода сапропелевых кислот представлены в табл,1. ЗОДанные табл. показывают, что наибольший выход сапропелевых кислот при приготовлении каустобиолитового реагента приходится на состав 3 с соотношением компонентов сапропель: гидроксид натрия 5:1. При недостатке щелочи в реагенте (составы 4 и 5) выход сапропелевых кислот снижается. В составах 1 и 2 избыток щелочи, что также снижает качество реагента. 4 ОКачество известного и предлагаемо. го каустобиолитовых реагентов оценивают по технологическим параметрам обработанных ими глинистых растворов, которые готовят из иджеванско го бентонита.Технологические свойства гпинистых растворов при введении 0,5-5% углещелочного реагента (УЩР) и сапропелещелочного реагента СЩР) при 5 О различном соотношении компонентов приведены в табл.2.Как видно из данных табл.2, введение в 10%-ный глинис 9 ый раствор сапропелещелочного реагента приводит к резкому уменьшению водоотдачи при этом условная вязкость и статическое напряжение сдвига системы 7032возрастают. Аналогичные концентрации УЩР менее эффективно изменяютзти параметры, Содержание сапропелещелочного реагента более 5% приводит к увеличению вязкости и статического напряжения сдвига сверхоптимальных значений. Концентрация реагента менее 0,57 не обеспечиваетнеобходимых значений водоотдачи. Наиболее оптимальными концентрациямиСЩР для обработки глинистых растворов являются 1-3%, При этом лучшимипараметрами обладают растворы, обработанные СЩР, соответствующим составу 3 (соотношение сапропепь щелочь 5:1), Избыток щелочи в реагенте состав 2) хотя несколько и разжижает систему, но приводит к увеличению водоотдачи раствора. При снижении содержания сапропелевых кислот в реагенте (состав 4) значенияводоотдачи также возрастают,Коагуляционную устойчивость предлагаемого и известного каустобиолитовых реагентов определяют по отно.шению к растворам хлоридов кальция,магния и натрия. Сравнительные данные приведены в табл.3.Как видно иэ данных табл.3, концентрация солей кальция, магния инатрия, необходимая для полной коагуляции сапропелевых кислот из Фильтратов бурового раствора, обработанного СЩР, вдвое выше, чем для гуминовых кислот из Фильтратов растворов, обработанных УЩР и ТЩР. Повышенное количество боковых функциональных групп и характерная гидроФильность сапропелевых кислот обеспечивают наиболее высокую коагуляционную устойчивость глинистых раст.воров, обработанных предлагаемымкаустобиолитовым реагентом.Кроме того, исходя из типа органического вещества, сапропелевоеорганическое вещество является менее склонным к самовозгоранию чемгумусовое, входящее в состав бурыхуглей и торфа.Дпя удаления инертной неорганической составляющей и увеличения содержания органического вещества до 60-707 исходный сапропель подвергают обогащению путем поинтервальной кислотной обработки и последующего высушивания декантата. Для этого навеску сухого сапропеля (15- 20%-ной влажности обрабатывают12 -ной соляной кйслотай до полного растворения карбонатов, Осадок отделяют декантацией и обрабатывают10 -ной плавиковой кислотой при 60- 80 С. Обогащенный сапропель отделляют от раствора кислоты, отмывают до рН 7, центрифугирують сушат до влажности 40-50 при 80 С.Содержание органического вещества в обогащенном сапропеле достигает 60-70 ., при этом выход сапропелевых кислот возрастает до 35-42 .Характеристика сапропелевых кислот, выделенных из кремнеземистого сапрапеля и гуминовых кислот бурого , угля, представлена в табл.4.Как видно из табл,4, сапропелевые кислоты, выделенные из кремнеземистого сапропеля, отличаются от гуминовых кислот бурового угля по содержанию функциональных групп, азота и кислорода, что указывает на явные различия в их химическом составе, строении и свойствах. В частности, сапропелевые кислоты являются более стойкими к солевой агрессии так как порог агрегации для них почти вдвое вьппе, чем для гуминавых кис. лат бурых углей. Кроме того, вследствие более низкой степени ароматизации (С : Н с 1 ) и высокой степени восстановленности, сапропелевые кислоты в щелочной среде обладают большей подвижностью и способностью образовывать прочные пространственные структуры, чем гуминовые кислоты. Поэтому следует ожидать более высокие защитные свойства и повьппенную стабилизирующую способность каустабиолитового реагента, содержащего сапропель, в отличие от буроугального реагента.Количество щелочи, необходимое для полного перевода сапропелевых кислот в натриевые соли, находится в стехиометрическом соотношении с их количеством в исходном сапрапеле. Избыток щелочи в каустобиолитовом реагенте будет способствовать набуханию и осыпанию глинистых пород, слагающих ствол скважин, что приводит к осложнениям в процессе бурения. Недостаток щелочи приводит к неполному извлечению сайропелевых кислот в виде натриевых солей, что снижает качество реагента. Для определении оптимальных соотношений компонентов, входящих в каустобиолитовый 1209703реагент, испытывают 5 составов(табл.1).Недостаточное количество щелочии несовершенная технология приготовления растворов на основе сапропелейне обеспечивают полного перевода сапропелевых кислот в их водорастворимые соли, которые являются основнымистабилизаторами.10 Влияние добавок щелочи на технологические параметры 15%-ной сапропелевай суспенэии представлено втабл.5.Количество щелочи, необходимое 15 для получения устойчивых дисперсных систем на основе сапропеля с высокими технологическими характеристиками, должно находиться в стехиометрическом саотношенйи с количест вам сапропелевых кислот, входящих всостав сапрапеля. Но можно не искатьэта соотношение, а сапропелевые суспензии обрабатывать УЩР,в количестве 4-6 . (табл.б ).25Как видно из сопоставления данньх табл,5 и 6, в рецептуре,:Сапрапель 5-30УШР 4-6Шелочь 0,2 - 0,4 30Вада Остальноеосновное улучшающее воздействие надисперсную систему оказывает УШР.Действие щелочи в данном случае несущественно. Причем улучшение техно.35 логических параметров суспенэиипроисходит в основном не эа счетперевода сапропелевых кислот в ихсали, а эа счет действия гуматовнатрия углещелачнаго реагента на 40 минеральную (глинистую) составляющую сапропеля. В результате образуются органаминеральные комплексы,улучшается структурно-механическиеи фильтрационные характеристики дис персной системы. Частичный переводсапропелевых кислот в их соли эасчет вводимой щелочи (02-04% )а также избыточной щелочи, входящейв состав УЩР несколько усиливает 50 процессы структураобраэования, ноиэ-за незначительного их количества,определяющей роли не играет. Такимобразом, использование известногосапрапелевога раствора невозможна.55 К существенным недостаткам сапропелевых буровых растворов следуетотнести также то, что, являясь малоглинистыми растворами, в процессеТаблица 1 Компоненты реагента на сухую массу,Сос- мас,ч. Соотношение ком- понентов Выход сапропелевыхкислот на рН тав Сапропель Гидроксид натрия1 60,0 20,0 Остальное 3 : 1 42,0 12 2 64,0 16,0 4 42,1 12 3 66,7 13,3 5 42,1 4 68,6 11 ю 4 35,1 5 70,0 10,028,2 5 12097 бурения они быстро обогащаются выбуренными глинистыми породами и теряют свои технологические и реологические свойства. Очистка сапропелевого раствора от глины обычными механическими средствами практически невозможна, что связано с особенностями состава и химического строения сапропелей, Поэтому для качественного бурения необходимо постоянно 10 заменять обогащенный глиной раствор на свежий, что с экономической итехнологической точки зрения весьма невыгодно. Более перспективным является использование сапропеля в 15 качестве сырья для приготовпения реагента СЩР ). Применение такого реагента для обработки глинистых растворов может быть эффективно при бурении в осложненных условиях и осо бенно при вскрытии продуктивных пластов,Большое значение имеет также технология приготовления реагента. Несмотря на кажущееся сходство между 25СЩР и известным сапропелевым буровымраствором, технология их приготовления принципиально отличается Так,сапропелевый раствор готовят путемдиспергирования 5-30%-ного сухого ЗО 03 Ьсапропеля н водной слабощелочной среде, Такая технология не обеспечиваетполного перевода сапропелевых кислотв их водорастворимые соли. Технология приготовления предлагаемого каустобиолитового реагента имеет рядпреимуществ 1,табл.3). Одним из путей повышения эффективности готового продукта является улучшение исходного сырья и технологии приготовления, а также обогащение исходного сырья путем удаления инертных фракций и последующего высушивания декантата. Основной целью процесса обогащения сапропеля является увеличение содержания в нем сапропелевых кислот и удаление инертной неорганической составляющей (карбонатной и силикатной). Как видно из табл,7, содержание сапропелевых кислот в исходном продукте соответствует 20,7-23,37 в расчете на органическое вещество. После обогащения путем кислотных обработок (НС и НР) выход сапропелевых кислот возрастает до 35-423. Естественно, что эффективность СЩР приготовленного на основе обогащенного сапропеля, будет выше. Данные приведены в табл.8,1209703 Водоотдача за30 минВ,см Услов Соотношение компонентов вреагенте Номерраствора ная вязкостьТ,с 25 12,0 2. 20 10,0 3. 1+17 УШР +2% УЩР 1+37. УШР 1+57 УЩР 18 9,0 Бурый уголь: щелочь 13,2:2 4. 27 6,0 5. 30 5,5 6. 50 5,0 7. 25 1,0 8. 1+0,5% СШР 1+17. СЩР 1+27. СЩР 1+3% СЩР 1+57. СШР 9,0 9. 8,0 10. 6,0 5,3 12. 5,0,25 1,5 14. 1+0,57, СЩР +7 СЩР 1+27. СЩР 1+37. СЩР 1+5% СЩР 8,0 Сапропель:щелочь5:1 (состав 3 25 15. 28 5,7 16. 4,0, 17. 45 3,2 18. 3,0 12,0 9,0 7,0 30 40 4,5 60 4,0 Глинистый раствор 107.-ный раствор глинопорошка Раствор 1+0,5% УЩР Раствор 1+0,27 СЩР 13. Раствор 1+0,27 СЩР 19. Раствор 1+0,27 СЩР 20. Раствор 1+0,57. СЩР 21. Раствор 1+17 СЩР 22. Раствор 1+27 СЩР 23. Раствор 1+37. СЩР 24. Раствор 1+57 СЩР Сапропель: 28щелочь1 2097 СЗ Таблица 3 Технологические свойства Количество соли, необхо-димое для полной коагуляции гуматов, мг-экв на1 л фильтрата Состав исследуемогораствора Каустобиолитовый реагент Водоотдача эа ЗО минсмэ УсловСтатистическое вязкостьТ,с напряжение сдвига СНСПа И 8 С 1 НаС 1 СаС 1 Известный 111 7,5 1,8/2,2 60 80 103-ный раствор глинопо 600 та (ТШР) Известный 31 1,5/2,0 50 75 600 Йредлаг аемый 4,0 2,1/2,8 100 35 125 1000 Т а б л и ц а 4 ОптичесФункциональныегруппы, мг,экв/г Элементный состав Каустобиолит из ко кая О+Я плотторого вы- делены ность пр 1Я ==465 мкм ОСН СООН ОН кислоты Кремнеземистый сапропель 3,33 4,21 0,06 , 36 2,7 50,0 6,2 52 38,6 Бурый уголь 2 05 4,15 О 05 19 1,7 26,3 67,6 6,1 рошка.12 1209703 Таблица 5 Условная 0 О/О 30 15 0,2 О/О 75: 32 14 37,5:1 0,4 0,1/0,2 Добавка УЩР О/О 0 30 15 1,2/2, 7 2,2/3,3 75 3,0 Таблица 7 Пределы изменения содержания компонентовПоказатели Остаток после прокаливания, 7на сухое вещество 43,3-84,5 60,9 Состав золы, 7 30,5-57,2 ВдО 43,9 0,9-8,9 А 120 1,2-8,9 Ре О 4,7 1,7-6,3 СаО 4,2 0,2-2,5мро 1,0 0,1 - 0,9 1,4 0,1 - 0,9 0,4 Добавка ще,лочи, Е Соотношениесапропель:щелочь вязкостьТ,с Условная вязкость Т,с Водоотдачаза 30 минВ, см Водоотдачаза 30 минВ,см Статическое напряжение сдвигаСНС, Па Таблица 6 Статическое напряжение сдвигаСНС Па14 1209703 0,1-2,9 К,о Состав органического вещества, 7 ОВ 2,3-4,6 битумы 3,5 20,7-23,3 сапропелевые кислоты 22,0 легкогидролизуемые вещества 14,7-24,2 19,4 1,8-7,7 трудногидролизуемые вещества 4,7 18,3-26,3 негидролизуемый остаток 22,3 Таблица 8 Ьодоотдача эа ЗО иииси Состави ис- Услов следуемых вязко ас орс ство та 1 О 2 иь 8растворглинопороика Обогиий 1.2 0,9/,5 Хапает 5 Я,5 1 О т аь 464/34 Типах 644 Поапис ктная,4 ЗЛ тват , г. Ужгород, ул апропель спольвуе для приго- овпеиия пель с сог дерпаииеи сапропелевых кислотЯ 212 Исподусалропель ссодериаииеисапропалевйй кислот2022 Продолжение табл,7 Статическое иапряаеиие сдвигаП 1 С 4/иь, Па