буровой раствор для бурения многолетнемерзлых пород

Формула изобретения

Буровой раствор для бурения многолетнемерзлых пород, содержащий бентонитовый глинопорошок, водорастворимый полимер и воду, отличающийся тем, что в качестве полимера он содержит Праестол марок 2510, или 2515, или 2530, или 2540 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Бентонитовый глинопорошок - 5

Праестол марки:

2510, 2515 - 0,01-0,05

2530, 2540 - 0,005-0,01

Вода - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к составам буровых растворов для бурения многолетнемерзлых пород.

Известны для бурения в мерзлоте буровые растворы на основе нефти или дизтоплива /патент США 3618680, опубл. 09.12.71/. Однако такие растворы не получили широкого распространения, а используются в особых случаях из-за существенных недостатков: высокой стоимости, пожароопасности, экологической опасности. Эти недостатки могут быть устранены применением растворов на водной основе.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому раствору является промывочная жидкость для бурения многолетнемерзлых пород, содержащая бентонитовый глинопорошок, водорастворимый полимерстабилизатор (полиакриламид), понизитель температуры замерзания (карбамид), кальцинированную соду и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинопорошок 3-5; полиакриламид 0,05-0,20; карбамид 5-25; кальцинированная сода 0,1-0,5; вода остальное /а.с. СССР МКИ С 09 К 7/02 1046272, опубл. 10.07.83, БИ 37/. К недостаткам известного раствора относится большой расход химреагентов, обусловленная этим его высокая стоимость и экологическая опасность. Кроме того, основное преимущество этого раствора по снижению растепления многолетнемерзлых пород проявляется только при охлаждении его до отрицательной температуры, а это требует специальных аппаратов, серийное производство которых отсутствует. Если известный раствор применять при положительной температуре, то наряду с тепловым разрушением льда в нем наблюдается химическое разрушение за счет большого содержания солей.

Задача, стоящая при создании изобретения - уменьшение протаивания стенок скважины при бурении многолетнемерзлых пород.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, - создание полимерглинистого раствора с псевдопластичными свойствами, способного снижать растепляемость многолетнемерзлых пород даже при его положительной температуре с небольшим расходом химреагентов, следовательно, экологически малоопасного и имеющего более низкую стоимость, чем растворы-аналоги.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что буровой раствор для бурения многолетнемерзлых пород, содержащий бентонитовый глинопорошок, водорастворимый полимер и воду, в качестве полимера содержит Праестол марок 2510, или 2515, или 2530, или 2540 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Бентонитовый глинопорошок - - 5

Праестол марки:

2510, 2515 - 0,01-0,05

2530, 2540 - 0,005-0,01

Вода - Остальное

Применение Праестола марки 2510, 2515, 2530, 2540 в составе заявляемого бурового раствора позволяет придать ему псевдопластичные свойства, характеризующиеся низким значением показателя нелинейности n степенной реологической модели. При отсутствии циркуляции в таком растворе образуется структура, достаточно прочная для удержания во взвешенном состоянии шлама, создавая минимальное разрушение стенок скважины. При возникновении течения структура быстро разрушается и раствор снова приобретает низкую вязкость. Благодаря ламинарному режиму течения потока, раствор у стенок движется с меньшей скоростью и остается в покое (Джордж Р. Грей, Г.С.Г. Дарли. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей): пер. с англ. - М: 1985 - с. 192-193), образуя пристенный гелеобразный экран, снижающий теплообмен. Этот эффект усиливается охлаждением пристенного слоя бурового раствора при его соприкосновении с многолетнемерзлыми породами, имеющими отрицательную температуру. Проведенные в лаборатории эксперименты по охлаждению растворов с Праестолом марок 2510, 2515, 2530, 2540 до +5^oС (см. табл. поз. 18-21) доказывают, что при этом происходит изменение его параметров: увеличение условной и пластической вязкости, показателя нелинейности n.

В экспериментах использован Праестол производства ЗАО "Компания Москва-Штокхаузен-Пермь" по ТУ 2216-001-40910172-98 марок 2510, 2515, 2530. 2540. Согласно ТУ 2216-001-40910172-98 Праестолы марок 2510, 2515, 2530, 2540 являются анионными сополимерами акриламида и сомономера на основе акриловой кислоты (например, акрилата натрия). Эти полимеры имеют одинаковый характер заряда (анионный), одинаковую молекулярную массу (1410⁶). Содержание ионоактивного сополимера возрастает в следующем ряду: 2540>2530>2515>2510. Основное назначение полимера - придание раствору псевдопластичных свойств, а также уменьшение фильтрационных свойств. В рецептуре бурового раствора применен бентонитовый глинопорошок с выходом 9 м³/т для создания первоначальной структуры и формирования глинистой корки.

Для экспериментальной проверки заявляемого бурового раствора в лабораторных условиях были приготовлены 17 составов (см. табл., поз.2-17). Технология их приготовления сводится к следующему. В стакан смесительной установки "Воронеж" наливается 800 мл воды и вводится в нее расчетное количество бентонитового глинопорошка. Раствор оставляется на 24 ч при комнатной температуре для гидратации и набухания глинистых частиц. Затем этот раствор перемешивается в течение одного часа при скорости 3000 об/мин. Полученная глинистая суспензия обрабатывается расчетным количеством Праестола и перемешивается на миксере при той же скорости в течение 30 минут, после чего замеряются ее технологические параметры на стандартных приборах. Раствор прототипа также приготовлен в лабораторных условиях и замерены его технологические параметры (пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, показатель нелинейности), отсутствующие в описании прототипа.

Анализ таблицы показывает, что оптимальные значения параметров бурового раствора (в т.ч. снижение показателя нелинейности n в 1,2-4,0 раза) в сравнении с прототипом достигается при соотношении компонентов, мас.%:

Бентонитовый глинопорошок - 5

Праестол марки:

2510, 2515 - - 0,01-0,05

2530, 2540 - - 0,005-0,01

Вода - Остальное

Сравнение заявляемого состава раствора с прототипом позволяет говорить о значительно меньшем расходе химреагентов (суммарный расход химреагентов 0,005-0,05% в заявляемом составе, а в составе прототипа - 5,15-30,5%). Это обстоятельство обусловливает экономическую целесообразность применения заявляемого бурового раствора, а также его экологическую безопасность. Согласно ТУ 2216-001-409101-98 Праестол относится к малоопасным веществам, 4 класса опасности, трудновоспламеняемым и взрывобезопасным.

Буровой раствор для бурения многолетнемерзлых пород с полимерами марки Праестол марок 2510, 2515, 2530, 2540 готовится к опытно-промышленным испытаниям.