CS225077B1

CS225077B1 - Vrtný výplach

Info

Publication number: CS225077B1
Application number: CS47681A
Authority: CS
Inventors: Josef Rndr Csc Prikryl; Irena Rndr Valisova; Josef Ing Kana; Vit Dipl Tech Vyhnalek; Stanislav Ing Csc Kudrna
Original assignee: Prikryl Josef; Valisova Irena; Josef Ing Kana; Vit Dipl Tech Vyhnalek; Kudrna Stanislav
Priority date: 1981-01-23
Filing date: 1981-01-23
Publication date: 1984-02-13

Description

Předmět vynálezu je kopolymerový vrtný výplach pro hloubení hlubinných vrtů na naftu, zemní plyn a vodu, průzkumných vrtů na nerostné suroviny a hlubinných sond pro podzemní skladování plynu·

Vrtný výplach je suspenze dispergovaného jílu ve vodě s přídavkem chemických aditiv, které zajišlují jeho potřebné fyzikálněchemické vlastnosti, zejména vlastnosti reologické jako je viskozita, plastická viskozita, smykové napětí při určité rychlosti deformace, dále strukturně mechanické vlastnosti jako je Binghamovská mez toku, statická hodnota meze toku a tixotropie a konečně koloidní vlastnosti jako je filtrovatelnost. Reologické a strukturně mechanické vlastnosti vrtného výplachu se regulují přídavkem ztekucovadel, koloidní vlastnosti přídavkem organických polymerů polysacharidového typu, derivátů celulózy, polyakrylátů a látek typu kopolymerového. Některá ztekucovadla působí jako stabilizátory vrtného výplaohu zejména při vysokých teplotách. Požadavek termostabillty vrtného výplachu nabývá na důležitosti při vrtáni velmi hlubokých vrtů, kde je třeba zaručit termostabilitu i při teplotách nad 200° c.

Problém dále komplikuje výskyt minerálních solí v provrtávaných vrstvách hornin, příp, v použitých surovinách, např. v ben tonitu či jílech. Požadavkem vrtné praxe je použiti vrtného výplachu, který zajistí optimální skladbu jeho vlastntfatí pro hlubinný vrt v daných geologických i technologických podmínkách je známo, že pro regulaci koloidních vlastností vrtného výplachu se používají kopolymery akrylátového nebo metakrylátového typu. Nají vysoký termostabilizačni účinek, současně však

225 077 vrtný výplach nežádoucím způsobem zahustují s snižují tak jeho tekutost. Je známo, že se používá kopolymerů olefin-maleinanhydridu a styren-maleinanhydridu. V literatuře je popisováno jejioh použití jako přídavku do vrtného výplaohu ve formě alkalických a alk&licko-zemitých solí, kyselé alkalické soli nebo poloamidopoloamonlové soli těchto kopolymerů. V literatuře se neuvádí molekulová hmotnost těchto kopolymerů. Z uváděné hodno· ty specifické viskozity 1 % roztoku lze molekulovou hmotnost odhadovat v hodnotě maximálně 300 000. Soli uvedených kopolymerů působí jako účinné ztekucovadlo i antlfiltrant a to 1 za vysokých teplot. Alkalické soli těchto kopolymerů, které vznikly působením dvojsytné kyseliny, jsou ve vodě sice dobře rozpustné, pH vodného roztoku těchto kopolymerů věak dosahuje hodnot 12. Snížením pH klesá rozpustnost těchto kopolymerů. Poloviční alkalická sůl kopolymerů je ve vodě velmi špatně rozpustná a proto málo účinné. Polóamidopoloamoniová sůl kopolymerů snižuje hodnoty meze toku a tixotropie výplachu až na nulu, čímž se porušuje způsobilost výplachu udržovat ve vznosu zatšžkávadlo.

Laboratorní zkoušky ukázaly, že aplikace solí uvedených kopolymerů je nevhodná při vrtání v podmínkách vrstev eolí za vysokých teplot a dále pak vrstev s abnormálními tlaky pórového média, kdy je zapotřebí výplach zatěžkat.

Tyto nedostatky odstraňuje vrtný výplach na bázi parciální alkalické soli kopolymerů sloučeniny styrenu a ethylenicky nenasycené dvojsytné kyseliny se 4 atomy uhlíku nebo jejího anhydridu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje 0,1 - 10 hmotnostních procent soli alkalického kovu a vysokomolekulární kyseliny, vzniklé kopolymer!žací styrenu nebo oC- metylstyrenu s kyselinou maleinovou, jejím anhydridem nebo kyselinou fumarovou a neutralizací vzniklého kopolymerů z 52 - 75 % alkalickým hydroxidem.

Vrtný výplach podle vynálezu obsahující sůl alkalického kovu a vysokomolekulární 2n sytné kyseliny mé vyvážené vlastnosti Teologické, strukturnšmechanické i koloidní zejména pro vrtání na naftu a zemní plyn. Přídavek alkalické soli kopoly3

225 077 meru má výrazný antifiltrační účinek, ve vodě je velmi dobře rozpustná, pH jejího roztoku působí účinně v širokém intervalu, flltrovatelnost výplachu má nízkou hodnotu aniž ovlivňuje podstatně viskozitu výplachu; sedimentační stabilita zůstává zachována. Vysoká účinnost vrtného výplachu podle vynálezu se projevuje jak u výplachu sodného, vápenatého i slaného. Výplaoh má vysokou termostabilitu, zůstává čerpatelqý i za teplot do 250° c· Ztekucovací účinek přídavku se projevuje 1 ve výplachu se zvýšeným obsahem pevných částic, tj. ^v ztěžkaných výplaších nebo ve výplaších ee zvýšeným obsahem aktivního jílu.

Podle vynálezu byly připraveny výplaohy různých typů a laboratorně testovány na viskozimetru BHC za ložiskových podmínek. Vlastnosti výplachu byly měřeny na viskozimetru FAUN WG - 35 při 20° ^a na filtrpressu API při 0,7 MPa a 20° C. Výsledky ukazují následující příklady:

Příklad 1.

Sodno-jílový bentonitový výplach. Výplach byl připraven tak, že k 6 % bentonitové suspenze bylo přidáno O - 0,1 - 0,5 - -1 - 2 10 hmotnostních % kopolymerů styren - maleinanhydridu v poměru 1,1 : 1 a průměrnou molekulovou hmotností 32 000, neutralizovaného z 52 % hydroxidem sodným. Pro snížení pěnění přidáno 0,2 % hmotnostních 10 %ní disperze Ca-stearatu v Dieslově oleji.

Tabulka I.

Vliv soli alkalického kovu kopolymerů na bentonitovou suspenzi

Končen-	Zdánii-	Plastic-	Bingha-	Mez toku	Filtrová-
trace	vá vis-	ká vis-	movská		v Pa	telnoet
soli ko-	kozita	kozita	mez	Po	po	API
polymeru v hm %	mPas	mPas	toku Pa	10 8	10 min.	ml/30 min.
0	28,7	10	19,1	5,7	24,9	28,5
0,1	23,0	20	3,5	0	0,5	35,5
0,5	25,8	22	4,8	0,5	1.0	11,0
1,0	33,5	?9	5,7	0,5	1.9	9,4
2,0	48,8	41	9.6	1,0	7,6	8,2
10 -i	62,0	60	19,5	12,0	25,2	8,0

22S 077

Z uvedení tabulky vyplývá, že alkalická aůl kopolymeru výrazni a výhodné ovlivnila filtrovatelnoat, Binghamovakou maz toku a mez toku, přičemž viskozita zůstala zachována, při vyšších kon» eantracich aditiva ae dokonce zvýšila. Výsledkem je moderní výplach a nízkými, ale dostačujícími hodnotami Binghamovské meze toku a meze toku, s nízkou filtrovatelností, který umožní i jeho zatěžkání a dobré očištování od vrtne drti.

Příklad 2,

Termostabilíta sodno-jílového výplachu.

Výplach připravený podle příkladu 1 byl 6 hod. zahříván v rotačních celách při teplotě 200° C. Vlastnosti výplachu byly měřeny po jeho ochlazení při 20° C. Nadto byly u výplaohů před záhřevem stanoveny filtrovatelností při 150° C a 200° C a diferenčním tlaku 3,5 MPa.

Tabulka II.

	Koncentrace soli alkalického kovu kopolymeru v hmotnostních %
0	1	2	0	1	2
		před	záhřevem	po záhřevu
Zdánlivá viskozita	mPas	22,5	61,2	63,6	26,3	33,0	23,0
Plastická	mPas	5,0	51,0	55,0	15,0	23,0	20.0
Binghamovská maz toku	Pa	17,7	12,4	11,1	12,0	11,0	3,8
Mez toku po 10 s	Pa	21,5	1,4	1.4	9,6	1,9	1,0
Mez toku po 10 min.	Pa	24,4	2,4	1,9	35,9	11,5	2,4
Piltrovatelnost 0,7	ml/30	21,0	8,5	7,5	32,0	13,0	9,0
Piltrovatelnost 150° C 3,5 MPa	ml/30*	81,0	24,0	18,0	-	-	-
Piltrovatelnost 200° C 3,5 MPa	ml/30· j	192,0	34,0	30,0	-	-	-

Sodno-jílovy bentonitový výplach, připravený podle vynálezu, je i při 200° C stabilizován, což se projevilo především nízkými hodnotami filt* o «-etelnosti. Přitom si výplach zachoval

225 077 po Féhřevu prakticky původní hodnotu viskosity před záhřevem a nízké, velmi výhodné hodnoty meze toku.

Příklad 3.

Slaný eodno-jílový bentonitový výplach. Výplach byl připraven tak, že k 6 %ní bentonitové suspenzi bylo přidáno 0-5-10-20 % chloridu sodného a po 15 min. promíchávání 2 % kopolymerů styren-fumarové kyseliný v poměru 1,3 : 1 s průměrnou molekulovou hmotností 28 000, neutralizovaného z 75 % hydroxidem sodným.

Tabulka III.

Koncentrace NaCl	hm %	5	5	10	10	20	20
Koncentrace eo11 alkalického kovu kopolymerů	hm %	0	2	0	2	0	2
Zdánlivá viskozita	mPas	14,8	43.1	14,4	39,2	16,2	38,3
Plastická viskozita	mPas	5,0	31,0	6,0	32,0	6,0	32,0
Binghamovská mez toku	Pa	9.6	13,4	8,6	8,6	10,5	7,7
Uez toku po 10 s	Pa	7.2	2,9	6,7	2,8	4,8	2,3
Mez toku po 10 min.	Pa	9.6	7,1	9,1	4,3	6,2	3,3
Piltrovatelnost API 0,7₀ MPa, 20 C	ml/30' ......... j	34.0	8,5	43,0	32,0	53,0	47,0

Slaný eodno-jílový bentonitový výplach připravený podle vynálezu Je dobře stabilizován, což potvrzují nízké hodnoty jeho filtrovatelnosti, snížené hodnoty Binghamovské meze toku a statické hodnoty meze toku. Hodnota zdánlivé a plastické viekozity ae zvýSila, což však pro tento typ výplachu není na závadu.

Příklad 4.

Vápenatý bentonitový výplach. Výplach byl připraven tak, že k 6 %ní bentonitové suspenzi bylo přidáno 0,2 hmotnostních % po lyfenólického ztekucovadla (Kortan), dále pak 0,5 hmotnostních % Ca(0H)₂ a po rozn.. cháni 1 - 2 hmotnostních % kopolymerů

225 077 ot-metyletyren-maleinové kyseliny v poměru 1,25 : 1 s průměrnou molekulovou hmotností 56 000, neutralizovaného z 56 % hydroxidem eodným. Měření parametrů bylo provedeno po 15 min· mícháni·

Potom byl výplach zahříván v rotačních celách při 200° C po dobu 6 hodin a po jeho ochlazení opět stanoveny jeho parametry.

Tabulka IV.

	Koncentrace soli alkalického kovu kopolymeru v hmotnostních %
1	2	1	2
	před záhřevem	po záhřevu
Zdánlivá viskozita mPas	5,7	4,5	3,4	7,2
Plastická viskozita mPas	5,5	4,5	3,5	7,0
Binghamoveká mez toku Pa	0,5	0,3		0,5
Mez toku po 10 s Pa	*	0,3
Mez toku po 10 min. Pa	0,3	0,3		1,0
Filtrovatelnost API 0,7 MPa 20° C ml/30*	36,0	10,0	18,0	13,5

Vápenatý výplach připravený podle vynálezu vykazuje před záhřevem velmi příznivé fyzikálně-chemické vlastnosti, které si ucho vá i po záhřevu na 200° C. Neprojevuje ee zde výrazné tlxotropní tuhnutí, projevující se u výplachů tohoto typu.

Příklad 5.

Draselný emulzně-bentonitový výplach. Výplach byl připraven tak že ke 4 %ní bentonitové suspenzi přidáno 1 % ztekucovadla chrom lignosulfonátového typu, 1 % ztekucovadla K-lignitového typu, 0,1 % Κ2^Γ2θγ, 10 % Dieslova oleje, 2 % asfaltického aditiva,

0,2 % KOH aO,5- 1,0- 1,5-2% kopolymerů styren - kyseliny maleinové v poměru 1,05 : 1 e průměrnou molekulovou hmotností 40 000, neutralizovaného z 65 % hydroxidem sodným. Měření para225 077 metrů bylo provedeno po 15 min. míchání na viskozimetru PAliN WG-35 při 20° C a filtrpressu API při 0,7 MPa a 20° C.

Tabulka V.

	Koncentrace soli alkalického kovu kopolymeru v hmotnostních %
v	0,5	1,0	1,5	2,0
Zdánlivá viskozita mPas	5,5	13,9	23,9	34,9	40,7
Plastické viskozita mPas	5,5	14,0	17,0	27,0	34,0
Binghamovská mez toku Pa	0,2	0.5	7,6	9,1	8,1
Mez toku po 10 s Pa	0,2	0,2	1,0	1.0	1,4
Mez toku po 10 min. Pa	0,2	0,2	1,4	3,3	10,5
Piltrovatelnost API 0,7 MPa 20° C	8,5	6,0	6,0	5,0	5,0

Při erovnání s jinými typy výplachu nesnižuje 'plach podle vynálezu strukturně mechanické vlastnosti, ale pak je do určité míry zvyšuje.'Velmi účinně však snižuje f: ovátelnost tohoto výplachu.

PŘEDMĚT VYNÁLEZU 225 077

Claims

Vrtnývýplach na bézi parciální alkalické soli kopolymerů sloučeniny styrenu a ethylenicky nenasycené dvojsytné kyseliny se 4 atomy uhlíku nebo jejího anhydridů, vyznačený tím, že obsahuje 0,1 až 10 % hmotnostních soli alkalického kovu a vysoko molekulární kyseliny vzniklé kopolymeraci styrenu nebooC- metyl styrenu e kyselinou maleinovou, jejím anhydridem nebo kyselinou fumarovou a neutralizací vzniklého kopolymerů z 52 až 75 % alkalickým hydroxidem.