Способ обработки бурового раствора
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистических
Республик
«в996425 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 21.0481 (21) 3267899/23-03 с присоединением заявки Нв— (23) Приоритет—
Опубликовано 150283, Бюллетень М 6
Дата опубликования описания 150283 (И) М. Кл.з
С 09 К 7/00 .Е 21 В 21/06
Гвсударствеявмй квеетет
СССР. вв делаи взвбретеввй в вткрнтвй (ЩУДК 622. 243.
° 444(088.8) H.À.Мариампольский, P.Каримов, С.A.Алехин, В.
A.Òåðèãóëîâ, Т.T.Êóäàêòèíà и A.Р.Аминов - -"- J, zijgP„> « j
I (72) Авторы изобретения
Ф
:Среднеазиатский научно-исследовательский институт природного газа (71) Заявитель (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 и водоотдачи, использование новых рецептур калиевых, кальциевых и других промывочных жидкостей, обеспечивающих ингибирующее действие 15 на породу(1).
Недостатками известных способов являются сложность осуществления и регулирования свойств, а также большой расход дорогостоящих реагентов. 20
Наиболее близким к изобретению является способ обработки бурового раствора путем униполярной электрообработки бурового раствора в зоне одного иэ основных электродов диафраг- 25 менного электроактиватора до заданной величины редокс-потенциала(2 (. .Однако буровой раствор, обработанный известным способом характеризуется низкой крепящей способностью. 30
Целью -изобретения является повышение крепящей способности бурового раствора, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки бурового раствора путем униполярной электрообработки бурового раствора в зоне одного из основных электродов диафрагменного электроактиватора до заданной величины редокс-потенциала, униполярную электрообработку производят в зоне отрицательного электрода до значений редокс-потенциала от
-200 до -900 мВ..
На стенки скважины электрическое воздействие осуществляют электрически заряженным буровым раствором, причем электрический заряд в буровом растворе создают предварительно перед закачкой егоs скважину путем униполярной электрообработки его в зоне 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.
996425
Буровой раствор перед закачкой в скважину в процессе его циркуляции
)подвергается униполярной электрообработке в зоне основного отрицательного электрода диафрагменного электроактиватора. 1
Глинистые частицй в буровом раст-. воре находятся в виде мицелл, имеющих ядро с внутренней. обкладкой двойного слоя (ДС) и внешний ионный слой (поглащенные ионы). 10
В результате электроообработки бурового раствора в зоне основного отрицательного электрода диафрагменного электроактиватора происходит отторжение внешнего ионного слоя от мицеллы, в результате чего она приобретает отрицательный заряд.
В результате взаимодействуя отрицательно заряженного буровогЬ раствора со стенками скважины происходит процесс замещения в поглощающем комплексе стенок скважины ионов К+ и йа на катионы Н, Са+, .М +» А1
+++ г ю 9 р и Fe, в результате чего уменьшается толщина водной оболочки глинистых частиц, степень их.гидратации, гидрофильность, набухание и раз-, мокание, повышается водоустойчивость.
В результате вторичных химических реакций электролиза на стенках скважины образуются различные цементирующие вещества, способствующие повышению прочности стенок скважины за счет заполнения пор и пустот подобными цементирующийи веществами,,такими как гидроокись кальция, гид- % росиликат кальция. Все это в результате процессоь" кристаллизации ,и перекристаллизации значительно повышает эффективность закрепления стенок скважины. 40
Естественный потенциал горных пород, слагаюШих стенки скважины, составляет (+150) -(+ 250) мВ.
Буровой раствор до электрообработки имеет потенциал от +150 до 45
250 мВ.
Как показывают испытания электрообработку бурового раствора, с целью укрепления стенок скважины, целесообразно проводить до значений редокс- 5О ,потенциалов от -200 до -900 мВ. При величине.редокс-потенциала бурового раствора менее — .200 мВ процесс укрепления стенок скважины идет очень медленно, и желаемый эффект. может быть достигнут - только путем многократных обработок бурового раствора, а при потенциале -900 мВ не происходит ощутимого повышения эффективности процесса, и,следовательно, нерационально продолжать электрообработку раствора.
Так как стенки скважины могут .быть сложены породами более кислыми (редокс-потенциал приближается к нижнему пределу +150 мВ) и более щелочными (редокс-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 под вергают, 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 величины максимального значения редокс-потен-. циала (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.
5 . 9964
Пример 1. Одним из существен- .ных свойств изучаеьви пород является их водоустойчивость, которую исследуют по скорости .и характеру раэмокания туронских и альбских глин, взятых иэ разреза скважин 150 пло« щади Зеварды, на стандартном приборе ПРГ-2.
Образцы пород (10 r) помещают в электрообработанный фильтрат бурового раствора с .потенциалами -100 10
-200, -400, -600, -800, -900, .-1000, -1200 мВ и определяют их размокание. Контрольный образец опускают в необработанный фильтрат бурового раствора. 35
Набухаемость туронских и альбских глин, взятых иэ того же разреза площади Зеварды, изучают по методике и на приборах, разработанных в ИИНХ и ГП им. И.И.Губкина. 20
Для опытов взяты образцы туронских и альбских глин (2 r) и помещены в фильтраты бурового раствора, имеющие потенциалы-100, -200,, -400, -600, -800 -900. и -1000 мв. 25 Контрольный образец находился в необработанном фильтрате бурового: раствора.
Редокс-потенциал бурового раствора измеряют на лабораторном ионометре И-120. Величина редокс-потенциала служит мерой интенсивности процессов окисления - восстановления в системе и определяется соотношением концентраций окисленной и восстановленной форм ионов, образующих данную систему.
В табл.1 приведено изменение физических свойств глин, подвергнутых воздействию электрообработанного фильтрата бурового раствора.
Как видно из табл.1 электровоз- 40 действие на гилинистый материал снижает его размокание и набухание, что обеспечивает снижение кавернообраэования в стволе скважины. Учитывая, что потенциал породы в среднем 45 равен +200 мВ, оптимальные значения редокс-потенциала бурового раствора должны находиться в пределах (-200) — (-900) мВ. При значении редокс-потенциала менее -200 мВ набухание и размокание практически не изменяются.
Увеличение редокс-потенциала после «900 мВ мало влияет на набухание и размоканне, а знергозатраты становятся больше.
25 и. магния в карбонаты СаСО9 и МЯСО, которые участвуют в цементации стенок скважины. Часть кальция связывается коллоидными частицами с обра.зованием CaS i 0ý.
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 скважины, что объясняется тем, что в связи с сохранением номинального диаметра ствола скважины уменьшается расход тампонажного цемента на 15-20В н сокращается 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(ÎH)g и
Ма(ОН), что приводит к изменению 60 физико-механических свойств: прочности и водоустойчивости грунта. Эти свойства повышаются со временем вследствие карбонизацни, т.е. превращения гидратов окисей кальция 65
Пример 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 КИЦ.
Редокс-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 даннЫх показывает, что предлагаемый метод позволяет значительно повысить устойчивость пород, слагающих стенки скважины.
В табл.2 приводятся результаты кавернометрическнх исследований на скважине 48 площади Зеварды(дк „„ =
= 269 нм), пробуренной с применением предлагаемого способа, и на контрольной скважине 150 этой же площади, пробуренной по общепринятой техно,логии.
996425
Таблица 1
Потенциал фильтрата, Набухание, В мВ
Раэмокание, кг/см .
Глина
+200
Туронска я
10
7,37
5,53
2,11
1,56
0,1
0t1
1,55
+2С 0
Альбская
-100
8,70
2, 1.6
0, 1 2
0,55
0,50
0,08
Таблица 2
На скважине 46 используется буровой раствор, подвергнутый электровоэдействию
Глубины, м Интервал, м Устредненный диаметр, мм
406-7 51
345
400-470
470-570
268
300
751-790
100
290
290
173
260
570-830
270
300
930-960
130
320
960-1005
270
290
1005-1020
1020-1300
280
320
)14
280
270
305
7.90-963
963-990 990-1036
1036-1150 1150-1195
-100
-200
-400
-600
-800
-900
-1000
-200
-400
-600
-6 00
-900
-1000
33,72
30,24
29,81
10,15
25, 74
22,30
20,19
18,15
10,21
На скважине 150 используется буровой раствор, не подвергнутый электровоэдействию
Глубины, м Интервал,м Усредненный диаметр, мм
996425
На скважине 150 используется буровой раствор. не подвергнутый электровоздействию
Глубины. м Интервал.м Усредненный диаметр. мм
1300-2020
720
380
295
"2020-2140
120
270
290
285
65285
330
270
340
295
130
310
16
320 2475- 2485
290
1341-1370
270
275
1370-1400
Ф
1400-1486
2485-2600
Коэффициент кавернозности К 1, 556
300
280
1486-.1571
122
310
18
275
310 .
275
295
122
1988-2021
270
29
2021-2050
2050-2185.
2185-2344
290
275
135
159
280
2344»2545
201
270
2545-2620
Kmmig093
100
2620-2720
На скважине 48 используется буровой, .раствор, подвергнутый электровоздействию . ствию
Глубины. м Интервал. м Усредненный диаметр. ма 1195-1206
1206-1228
1228-1250
1250-1263
1263-1325
1325-1341
1571-1693
1693-1728 .1728-1746
1746-1798
1798-1835
1835-1866
1866- 1988
Еоэффициент кавернозности
2140 2205 . 2205-2260
2260-2390
2390-2475. Продолжение табл. 2
996425
Формула изобретения
Составитель A.Áàëóåâà
ТехредМ.Гергель Корректор A.Ференц
Редактор И. Митровка
Тираа 637 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 . Ваказ 839/36
Филиал ППП "Патент", г. Умгород, ул. Проектная, 4
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" шийся 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 экспертизе
5 1. Городнов В.Д. Физико-химичес- кие методы предупреищения ослоанений в бурении. М., "Недра", 1977, с.253.259.
2. авторское свидетельство СССР
10 по заявке Ю 2764611/03, кл. E 21 В 21/00у 1979 (прототип) .