×
12.06.2020
220.018.2681

Результат интеллектуальной деятельности: Буровой раствор для бурения скважин в условиях ММП

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Технический результат - сохранение устойчивости стенок скважины в сложных горно-геологических условиях многолетнемерзлых пород, в слабо консолидированных породах, сокращение объемов водопотребления, отходов бурения, расхода реагентов. Буровой раствор содержит, мас.%: пропиленгликоль 20,00-80,00; крахмал технический 2,00; ксантановый биополимер 0,50; воду остальное. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Технический результат - создание полимерных растворов на основе смеси пропиленгликоль-вода для сохранения устойчивости стенок скважины в сложных горно-геологических условиях многолетнемерзлых пород (ММП), в слабо консолидированных породах, а также сокращение объемов водопотребления, отходов бурения, расхода реагентов.

Известен буровой раствор (патент RU 2184756) с псевдопластичными свойствами, способный снижать растепляемость ММП даже при положительной температуре и содержащий бентонитовый глинопорошок, водорастворимый полимер Праестол (марок 2510 или 2515, или 2530, или 2540) и воду.

Недостатком известного бурового раствора является его механодеструкция. Буровой раствор сильно меняет свои реологические характеристики через несколько циклов циркуляции в скважине. Кроме того, известный буровой раствор не солестоек, а для некоторых месторождений севера Восточной Сибири (например, Красноярский край) характерно наличие засоленных ММП.

Также известен псевдопластичный раствор (патент RU 2254353) для разбуривания ММП, солестойкий и стойкий к механодеструкции, снижающий растепляемость ММП при положительной температуре в процессе бурения скважин, включающий бентонитовый глинопорошок, водорастворимый полимер Праестол марки 2530, полианионную целлюлозу высокой вязкости при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Этот раствор не обладает хорошими ингибирующими, по отношению к глинистым отложениям, а также смазывающими свойствами.

Наиболее близким к заявляемому раствору является полимерглинистый раствор (патент RU 2274651) для бурения скважин в ММП, состоящий из глины, стабилизатора в виде смеси полисахаридного реагента и структурообразователя, углеводородного антифриза и воды, в качестве полисахаридного реагента он содержит биополимер Acinetobacter Sp., а в качестве структурообразователя - конденсированную сульфит-спиртовую барду КССБ.

Хотя этот раствор имеет улучшенные псевдопластичные свойства, низкую фильтрацию, низкую скорость растепления ММП, но его максимальная плотность составляет 1090 кг/м3, а высокие реологические показатели раствора не позволяют произвести ее дальнейшее увеличение. Существенным недостатком известного раствора является то, что для снижения температуры замерзания в состав реагента вводится углеводородный антифриз в количестве от 7 до 19 мас. %, что очень значительно удорожает раствор, а температура его замерзания снижается максимально до -12°С (примеры 1-10 описания к патенту RU 2274651), что явно недостаточно для условий Крайнего Севера.

Задача, стоящая при создании изобретения, - сохранение устойчивости стенок скважины при бурении ММП, а также пород, сложенных высококоллоидальными глинистыми отложениями и слабо консолидированными песчаными отложениями.

Технический результат, обеспечиваемый данным изобретением, -создание полимерного раствора на основе смеси вода-пропиленгликоль с псевдопластичными свойствами для сохранения устойчивости стенок скважины в условиях ММП, осложненных слабо консолидируемыми породами, и расширение области его применения для бурения подмерзлотных интервалов, сложенных высококоллоидальными глинистыми отложениями за счет дополнительного обеспечения высоких ингибирующих, смазочных и блокирующих свойств, технологичного в применении.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что полимерный водно-пропиленгликольный раствор для бурения в многолетнемерзлых и высококоллоидальных глинистых породах, и слабо консолидированными песчаными отложениями, состоящий из пропиленгликоля (АО «ЭКОС-1», Россия), крахмала технического и ксантанового биополимера гаммаксана (Миррико, Россия) в качестве стуктурообразователей раствора, за счет своих физических свойств меньше воздействует на породу.

Состав раствора, мас. % содержит:

антифриз (пропиленгликоль) 20,000-80,000;
крахмал технический 2,000;
ксантановый биополимер (Гаммаксан) 0,500;
вода остальное;

Лабораторные эксперименты по разработке заявляемого состава бурового раствора произведены с использованием следующих материалов и реагентов: в качестве основы для растворов использовался пропиленгликоль (АО «ЭКОС-1», Россия) ГОСТ 10164-75, исследования были проведены для полимерных растворов на водной основе, крахмал технический, ксантановый биополимер гаммаксан (Миррико, Россия). Для исследования набухания использовался бентонит марки ПБМА Черногорского месторождения. Минералогический состав глин Черногорского месторождения определен на основе данных рентгеноструктурного анализа, проведенного на дифрактометре фирмы Shinadzu XRD-6000. Минералогический состав бентонита (%): каолинит 7-8; монтмориллонит 75-85; гидрослюда 3-5; хлорит 1-2; кварц 7-8; полевой шпат 3-5; карбонаты 10-12; органическое вещество 1-2.

Исследование реологии буровых растворов проведено при помощи ротационного вискозиметра OFITE 900. Диапазон скорости сдвига: 0,01-1022 с-1. Точность поддержания скорости вращения 0,001 об/мин. Погрешность измерения коэффициента вязкости 2%. Исследования набухания проводили с использованием тестера продольного набухания в динамическом режиме фирмы OFITE.

Все измерения проведены при атмосферном давлении и температуре 298 K.

Для экспериментальной проверки заявляемого бурового раствора в лабораторных условиях были приготовлены 6 составов (см. табл. 1). Реологические и теплофизические характеристики буровых растворов с различными концентрациями крахмала и полимерными добавками приведены в табл. 1.

Реология рассматриваемых растворов была описана с помощью наиболее распространенных степенной (Power-law) и бингамовской (Bingham) моделей. В работе использованы следующие сокращения: крахмал (КХ), пропиленгликоль (ПГ), гаммаксан (ГМК).

В ходе лабораторных исследований было показано, что при концентрациях ниже 65 мас. % этиленгликоль оказывает слабое влияние на вязкость и реологические характеристики буровых полимерных растворов. В этом диапазоне концентраций влияние ПГ на реологические параметры раствора не превышает 30%. Таким образом, было установлено, что добавка этиленгликоля вплоть до высоких концентраций (65 мас. %) не ухудшает реологических свойств полимерных растворов. При более высоких концентрациях пропиленгликоля эффективная вязкость, предельные напряжения сдвига и показатель степенной модели раствора значительно увеличиваются.

Для проведения исследований по гидратации (набуханию) глинистых горных пород растворами с пропиленгликолем изготавливали таблетки из бентонита марки ПБМА Черногорского месторождения. Таблетки прессовали на компакторе OFITE при давлении 20,68 МПа в течение 30 минут, что позволяло получать таблетки с проницаемостью 2,08МД. Исследования проводили на тестере продольного набухания фирмы OFITE. Таблетки закладывали в испытательные ячейки и заливали испытуемым раствором.

На фиг. 1 представлены графические зависимости изменения линейных размеров глиняных таблеток в исследуемых растворах с различным содержанием пропиленгликоля. Было установлено, что с увеличением концентрации пропиленгликоля степень набухания глины монотонно снижается. При этом это снижение довольно существенное. Так при содержании пропиленгликоля в растворе 50 мас. % степень набухания уменьшается практически в три раза по сравнению с раствором на воде.

Согласно современным представлениям основной механизм действия гликолей на набухание глины заключается в том, что они препятствуют образованию водородных связей между водой и пластинками глины. Пропиленгликоль может также образовывать водородные связи с глинистыми минералами и вытеснять воду из кремнеземных и глиноземных групп, тем самым препятствует гидратации. Это также приводит к уменьшению скорости процесса набухания.

Уменьшение набухания глинистых минералов является одним из важнейших фактором, влияющих на устойчивость стенок скважины в процессе бурения ММП является процесс набухания. Проникновение воды, образовавшейся в результате растепления ММП и содержащейся в самом растворе, в пласты, сложенные уплотненными глинами, аргиллитами или глинистыми сланцами, приводит к их набуханию, выпучиванию в ствол скважины и в конечном счете к обрушению. В результаты чего формируются протяженные каверны и увеличивается диаметр ствола, что в дальнейшем создает проблемы при цементировании стенок скважины. Поэтому для увеличения устойчивости стенок скважины необходимо использовать буровые растворы, имеющие низкую степень набухания глин.

Теплопроводность растворов измерялась с использованием метода нагретой нити. Значение теплопроводности было определено как среднее из пяти измерений. Погрешность измерения коэффициента теплопроводности не более 3%. Измерения коэффициента теплопроводности и оценки теплоемкости буровых растворов с пропиленгликолем показали значительное снижение этих характеристик. Так при концентрации ПГ 65% в растворе коэффициент теплопроводности снижается на 75%, а теплоемкость на 35%. Оценки показали, что это приводит к снижению количества тепла, передаваемого от раствора к стенкам скважины, примерно на 60%.

Коэффициент теплоотдачи при течении бурового раствора скважине без учета его реологии можно оценить по формуле Михеева (1)

где Nu, Re, Pr - числа Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля.

Не трудно показать, что в этом случае коэффициент теплоотдачи при фиксированном значении расхода бурового раствора будет пропорционален комплексу Согласно этим оценкам и данным приведенным в таблице 1, раствор с 65 масс. % пропиленгликоля, за счет снижения теплопроводности и теплоемкости и увеличения пластической вязкости бурового раствора, позволяет снизить коэффициент теплоотдачи от раствора к стенке скважины примерно в 1.92 раза. При этом с увеличением содержания пропиленгликоля уменьшается теплоемкость раствора, и соответственно происходит снижение количества поступающего в скважину тепла вместе с раствором (на 35% при содержании пропиленгликоля 65 мас. %).

Исходя из проведенных исследований, для практического применения лучшими реологическими свойствами обладает буровой раствор с содержанием пропиленгликоля в концентрации 50-65 мас. %, так как его использование приводит к значительному замедлению скорости процесса растепления ММП за счет снижения коэффициента теплоотдачи и количества тепла, поступающего в скважину.


Буровой раствор для бурения скважин в условиях ММП
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-110 of 324 items.
19.01.2018
№218.016.0be3

Регулятор давления в сборной кювете

Изобретение относится к зубопротезной технике, а именно к устройствам, применяемым для снижения образования воздушных каверн в базисной пластмассе при изготовлении стоматологических протезов. Регулятор давления в сборной кювете, состоящей из верхней и нижней половин, выполнен в виде вкладыша,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632527
Дата охранного документа: 05.10.2017
20.01.2018
№218.016.1000

Устройство для усиления несущих конструкций

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для усиления несущих конструкций колонн, простенков и кирпичных столбов по всей их длине или на отдельных участках. Технический результат заключается в упрощении контроля усилия предварительного напряжения, в снижении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633622
Дата охранного документа: 16.10.2017
20.01.2018
№218.016.101a

Способ усиления фундамента при реконструкции

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при реконструкции зданий и сооружений, имеющих ленточный фундамент, свайный ростверк или безростверковый свайный фундамент, в связи с увеличением нагрузок на фундамент. Способ усиления фундамента при реконструкции включает создание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633619
Дата охранного документа: 16.10.2017
20.01.2018
№218.016.1034

Длинномерный сталебетонный элемент

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для изготовления несущих и ненесущих элементов строительных конструкций, преимущественно стержневых (колонн, пилонов, балок, раскосов ферм и т.п.). Технический результат заключается в расширении области использования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633624
Дата охранного документа: 16.10.2017
20.01.2018
№218.016.122f

Способ проращивания зерна пшеницы

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ проращивания зерна пшеницы включает промывку и проращивание зерна с использованием пароконвекционного аппарата. Сухое зерно размещают в перфорированной емкости толщиной слоя не более 1 см, помещают ее в пароконвекционный аппарат и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634114
Дата охранного документа: 24.10.2017
20.01.2018
№218.016.194e

Способ получения германата висмута bigeo

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для катализаторов при получении необходимых в промышленности газов и для синтеза высокопрочной керамики. Способ получения германата висмута BiGeO включает предварительное механическое смешивание исходных порошков оксида висмута...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636090
Дата охранного документа: 20.11.2017
20.01.2018
№218.016.1c15

Кювета

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для использования при изготовлении зубных протезов. Предлагается кювета для изготовления зубных протезов, содержащая разборный корпус, состоящий из нижней и верхней частей, состыкованных и сжатых между собой, снабженный отверстиями под...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640390
Дата охранного документа: 28.12.2017
13.02.2018
№218.016.1f12

Длинномерный трубобетонный элемент

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для изготовления несущих и ненесущих элементов строительных конструкций, преимущественно стержневых (колонн, пилонов, балок, раскосов ферм и т.п.). Технический результат заключается в повышении эффективности конструкции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641142
Дата охранного документа: 16.01.2018
13.02.2018
№218.016.1f72

Длинномерный сталебетонный элемент

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для изготовления несущих и ненесущих элементов строительных конструкций, преимущественно стержневых (колонн, пилонов, балок, раскосов ферм и т.п.). Технический результат заключается в повышении несущей способности, снижении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641141
Дата охранного документа: 16.01.2018
13.02.2018
№218.016.2263

Способ приготовления металлических наночастиц железа

Изобретение относится к приготовлению металлических наночастиц железа из водного золя на основе наночастиц ферригидрита и может быть использовано в медицине. Водный золь на основе наночастиц ферригидрита, полученных в результате культивирования бактерий Klebsiella oxytoca, выделенных из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642220
Дата охранного документа: 24.01.2018
Showing 1-3 of 3 items.
14.06.2018
№218.016.61f6

Электролизер для получения алюминия

Изобретение относится к электролизерам для получения алюминия. Электролизер включает размещенный в анодном кожухе самоспекающийся анод, токоподводящие штыри и систему газоотсоса, при этом самоспекающийся анод на границе между коксопековой композицией и зоной полукокса разделен горизонтальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657395
Дата охранного документа: 13.06.2018
17.05.2019
№219.017.5342

Электролизер для получения алюминия

Изобретение относится к электролизеру с самоспекающимися анодами для получении алюминия. Электролизер содержит размещенный в анодном кожухе самоспекающийся анод, разделенный на границе между коксо-пековой композицией и зоной полукокса горизонтальной перегородкой, размещенной на высоте от нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687617
Дата охранного документа: 15.05.2019
14.08.2019
№219.017.bf4e

Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера

Изобретение относится к устройству для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом. Устройство содержит газосборный колокол, камеру сгорания и патрубки, взаимодействующие с газоотводящими трубами, вертикальные участки которых входят телескопически в угловые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697148
Дата охранного документа: 12.08.2019
+ добавить свой РИД