способ регулирования водоотдачи бурового раствора

Формула изобретения

1. Способ регулирования водоотдачи бурового раствора на основе карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), отличающийся тем, что в водный раствор КМЦ вводят соль (соли) NaCl или/и KCl, при этом требуемое снижение водоотдачи раствора обеспечивают за счет увеличения содержания соли (солей) в этом растворе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наличии в этом растворе глины содержание КМЦ в нем поддерживают в количестве 1,5 2,0 мас. при этом ввод глины в буровой раствор осуществляют в последнюю очередь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и предназначено для приготовления буровых растворов на основе карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), используемых для бурения неустойчивых горных пород.

Как известно, эти растворы должны обладать низкой водоотдачей (до 10 см³/30 мин), чтобы обеспечить устойчивость проницаемых горных пород.

Широко известно, что водоотдачу буровых pаствоpов на основе КМЦ можно регулировать за счет изменения содержания КМЦ в растворе, при этом увеличение содержания КМЦ ведет к снижению водоотдачи (см. например, а.с. N607833, кл. С09 К 7/00, 1969; N692849, кл. С09К 7/02, 1977; N897831, кл. С09К 7/02, 1979; N1141109, кл. С09К 7/02, 1982 и др.). Однако указанный способ регулирования (снижения) водоотдачи ведет к повышению вязкости бурового раствора, что затрудняет его прокачивание насосом, а также резко удорожает буровой раствор. Этот способ является ближайшим к заявляемому способу регулирования водоотдачи бурового раствора.

Авторами заявляемого изобретения была впервые поставлена и решена задача: как отрегулировать водоотдачу бурового раствора на основе КМЦ, в частности снизить ее, не увеличивая содержания КМЦ в буровом растворе до количества, повышающего вязкость этого раствора выше допустимой. Достижение технического результата, указанного в упомянутой задаче, позволяет получить следующий положительный эффект: облегчить прокачивание бурового раствора насосами и удешевить этот буровой раствор.

Решение упомянутой задачи и достижение указанного в упомянутой задаче технического результата, а следовательно, и указанного положительного эффекта происходит за счет того, что в способе регулирования водоотдачи бурового раствора на основе КМЦ новым является то, что в водный раствор КМЦ вводят соль (соли) NaCl или (и KCl), при этом требуемое снижение водоотдачи раствора обеспечивается за счет увеличения содержания (солей) в этом растворе.

Хотя физика указанного явления (снижение водоотдачи раствора за счет увеличения содержания упомянутых солей в этом растворе) и не совсем ясна, наличие указанного явления доказано авторами заявляемого изобретения экспериментально.

При этом авторами заявляемого изобретения также экспериментально доказано, что при наличии глины в буровом водном растворе на основе КМЦ, содержащем упомянутые соли (что может иметь место при использовании данного раствора для бурения глиносодержащих пород, когда глина вводится (нарабатывается) в данный раствор в процессе бурения), необходимо содержание КМЦ в этом растворе поддерживать в количестве 1,5 2,0% по массе, а содержание глины поддерживать в количестве 2 14% по массе. Это обеспечивает снижение водоотдачи упомянутого глинистого раствора на основе КМЦ без увеличения вязкости этого раствора при высокой стабильности указанных параметров.

Если глинистый буровой раствор на основе КМЦ, содержащий упомянутые соли, необходимо приготовить до процесса бурения, то, чтобы обеспечить снижение водоотдачи упомянутого раствора, глину следует вводить в последнюю очередь, что также доказано экспериментально авторами заявляемого изобретения.

Таким образом, еще одним отличием заявляемого способа регулирования водоотдачи бурового раствора на основе КМЦ является то, то при наличии в этом растворе глины содержание КМЦ в нем поддерживают в количестве 1,5 2,0% по массе, а содержание глины поддерживают в количестве 2 14% по массе, при этом ввод глины в буровой раствор осуществляют в последнюю очередь. Следует заметить, что если глина вводится (нарабатывается) в процессе бурения глиносодержащих пород, то ввод ее в буровой раствор на основе КМЦ, содержащий NaCl и (или KCl), естественно, происходит также в последнюю очередь, что также обеспечивает снижение водоотдачи бурового раствора, содержащего глину.

В условиях буровой вышки буровой раствор готовят следующим образом.

Получают водный раствор высоковязкой карбоксиметилцеллюлозы, например КМЦ-500 Наманганского химзавода, для чего в глиномешалку заливают воду на 3/4 объема, засыпают МЦ-500 из расчета 1,5 2,9% по массе и размешивают до полного растворения. Затем в глиномешалку засыпают техническую поваренную соль NaCl (1 25% по массе) или/и KCl и размешивают соль до полного растворения. В засоленный раствор КМЦ-500 добавляют глинопорошок завода "Черногорские копи" по расчетам 2 14% по массе и размешивают до получения однородной суспензии.

Для получения сравнительных результатов такие же действия производились при меньшем (2%) и большем (до 18%) содержании КМЦ-500. Буровые растворы были приготовлены также в соответствии с I способом (глинистая суспензия + порошок КМЦ-500 + NaCl и/или KCl) и II способом (глинистая суспензия + раствор КМЦ-500 + NaCl или/и KCl). В таблице приведены показатели буровых растворов, полученных тремя способами.

Как видно из таблицы, при приготовлении бурового раствора в последовательности: глинистая суспензия + порошок УМЦ-500 + NaCl (или/и KCl) при содержании КМЦ-500 в количестве 1,5% уже при содержании глины 2% водоотдача бурового раствора составляет 12,0 см³ , т.е. выше допустимой. При увеличении содержания глины водоотдача еще больше возрастает.

При увеличении содержания КМЦ-500 до 2% значение водоотдачи снижается до допустимых значений 10,0 см³ только при содержании глины 2 3% Уже при содержании глины 4% водоотдача составляет 13,5 см³ и при дальнейшем увеличении содержания глины еще больше увеличивается. Если же в растворе увеличить содержание КМЦ-500 до 3% для снижения водоотдачи, то эта цель будет достигнута, но раствор приобретает недопустимо высокую вязкость (капает не течет).

При изготовлении бурового раствора в последовательности: глинистая суспензия + раствор RМЦ-500 + NaCl (или/и KCl), при содержании КМЦ-500 в количестве 1,5% уже при содержании глины 2% водоотдача бурового раствора составляет 11,0 см³, т.е. выше допустимой. При увеличении содержания глины водоотдача еще больше возрастает.

При увеличении содержания КМЦ-500 до 2% значение водоотдачи снижается до допустимых значений 10 см³ только при содержании глины до 5,0% Уже при содержании глины 6,0% водоотдача составляет 14,0 см³ и при дальнейшем увеличении содержания глины еще более увеличивается. Кроме того, значительно возрастает вязкость раствора. При увеличении содержания КМЦ-500 требуемая водоотдача достигается, но резко возрастает вязкость раствора.

Для раствора, приготовленного предложенным способом при содержании КМЦ-500, 1,5 2% и глины от 2 14% раствор имеет водоотдачу в пределах нормы ( 5,0 10,0 см³) и допустимую вязкость (21 50 с). При увеличении содержания глины водоотдача становится выше нормы. При увеличении содержания КМЦ-500 до 3% водоотдача снижается, но вязкость увеличивается вдвое.