CS246751B1

CS246751B1 - Vrtný výplach na bázi akrylového kopolymeru

Info

Publication number: CS246751B1
Application number: CS871284A
Authority: CS
Inventors: Irena Valisova; Radomir Kotyza; Josef Prikryl; Jiri Vachuda
Original assignee: Irena Valisova; Radomir Kotyza; Josef Prikryl; Jiri Vachuda
Priority date: 1984-11-15
Filing date: 1984-11-15
Publication date: 1986-11-13

Abstract

Vrtný výplach na bázi akrylového kopolymeru, zejména pro hloubení hydrogeologických vrtů a vodních studní. Účelem vynálezu je isnížení filtrovatelnosti výplachu a kólmatace produktivních horizontů, urychlení odstraňování filtrátu ze stěn vrtu, zlepšení čerpatelnosti a vynášecí schopnosti výplachu. Účelu se dosahuje tím, že vrtný výplach obsahuje sodnoamonnou sůl kúpolymeru akrylonitrilu a akrylové kyseliny o molárním poměru 0,4 až 0,7 a molekulové hmotnosti 105 až 106 v množství 0,5 až 3 % hmotnostní. Zbytek tvoří voda nebo bentonitová suspenze. Viskozitu lze zvyšovat směsí síranu železnatého a louhu sodného a snižovat přídavkem chloridů alkalických kovů. Vynález je využitelný v oboru hlubinného vrtání.

Description

Vynález se týká vrtného výplachu na bázi akrylového kopolymeru, zejména pro hloubení hydrogeologických vrtů a vodních studní. Účelem vynálezu je snížení filtrovatelnosti výplachu a kolmatace produktivních obzorů, urychlení odstraňování filtrátu ze stěn vrtu a zlepšení čerpatelnosti a vynášecí schopnosti vrtného výplachu.

Při hloubení hydrogeologických vrtů a studní se převážně používají jílové výplachy stabilizované polysacharidy, deriváty celulózy, bílkovinnými látkami a akrylovými polymery a kopolymery. Jílové částice dispergované ve vrtném výplachu pronikají do pórů horniny a vytvářejí na stěně vrtu filtrační kůru prostoupenou makromolekulami organických polymerů, které se adsorbují na povrchu pórů horniny. Vytváření filtrační kůry je žádoucí z hlediska stabilizace stěn vrtu, zábrany tvorby kaveren a ztrát výplachu, avšak nežádoucí z hlediska kolmatace zvodněných horizontů. Má-li vrtný výplach splňovat protichůdné požadavky, musí být filtrační kůra tenká, pružná a po ukončení vrtných prací snadno rozrušitelná a z vrtu vymytelná.

Jílové částice se odstraňují ze směn vrtu proplachem vrtu intenzifikačními roztoky, makromolekuly organických polymerů se rozkládají fermenty nebo roztokem kyselin. Pracnost a efektivnost proplachu je závislá na stupni adsorpce, na síle vazby makromolekul polymerů s horninou a na množství jílových částic odfiltrovaných z výplachu. Poněvadž kolmatace jílovými částicemi je obtížněji odstranitelná než kolmatace makromolekulami polymerů, používá se namnoze k hloubení hydrogeologických vrtů a studní bezjílových výplachů. Ty jsou však nákladnější a vzhledem ke zvýšené koncentraci polymerů vykazují vyšší kolmataci makromolekulami polymerů než je stejný druh kolmatace u stabilizovaných jílových výplachů.

Je známý jílový vrtný výplach s přísadou akrylového kopolymeru, obsahující sodnou sůl kopolymeru akrylové kyseliny a akrylamidu o molárním poměru 12 až 88 a 70 až 30 (US 3 323 603). Aditivum působí jako peptizační činidlo přeměňující hrubou disperzi vody a bentonitu na disperzi koloidní, která je dobře čerpatelná a má příznivé vynášecí schopnosti.

Nevýhodou známého vrtného výplachu jsou vysoké kolmatační účinky. Aditivum působí jako flokulant, vytvářející gel. Je náročné na dávlkovací přesnost, neboť se dávkuje v množství menším než jedno procento v poměru k bentonitu, kterého je ve výplachu 5 až 10 °/o. Obsahuje-li výplach navíc polymerní aditiva, jeho viskozita zvyšující se koncentrací kopolymeru prudce stoupá a polymer se sráží. V opačném případě viskozita klesá.

Je také známý bezjílový proplyněný vrtný výplach s přísadou amonné soli kopolymeru akrylové kyseliny a s maximálně 10 % hmotnostními akrylonitrilu (US 4 092 252). Vykazuje dobrou viskozitu, má účinné vynášecí vlastnosti a je stabilní při teplotě 180 °C i vyšší.

Nevýhodou druhého známého výplachu s obsahem akrylového kopolymeru je nízký antifiltrační účinek, způsobovaný nízkou molekulovou hmotností. Kopolymer působí dispergačně. Na stěně vrtu vytváří relativně silnou kůru, která kolmatuje produktivní horizonty a obtížně se odstraňuje. Vzhledem k nízké molekulové hmotnosti jé pro dosažení žádouicí viskozity nutná vyšší koncentrace činidla a vyšší koncentrace způsobuje i vyšší kolmataci.

Uvedené nevýhody odstraňuje vrtný výplach na bázi akrylového kopolymeru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje sodnoamonnou sůl kopolymeru akrylonitrilu a akrylové kyseliny v molárním poměru 0,4 až 0,7 a molekulové hmotnosti 10⁵ až 1O⁶ v množství 0,5 až 3 % hmotnostní, přitom zbytek tvoří voda.

Zvýšené viskozity a zlepšených tokových vlastností při zvýšené inhibitivní účinnosti vůči rozpadu hornin lze dosáhnout přidáním síranu železnatého v množství 1,6 až 3 % hmotnostní s louhem sodným v množství 0,5 až 1 % hmotnostní.

Snižovat viskozitu vrtného výplachu lze přidáním chloridů alkalických kovů v množství 1 až 5 % hmotnostních.

Účinnost akrylového kopolymeru a výplachových příměsí je zachována, i když je ve vodě dispergován natrifikovaný bentonit v množství 2 až 10 % hmotnostních, vztaženo k celkovému množství.

Výhody vrtného výplachu na bázi akrylového kopolymeru podle vynálezu se projevují v příznivých vlastnostech reologiclkýph, kolmatačních, filtračních, ve snadné vyniývatelnosti filtrační kůry a ve stabilizačních účincích na stěny vrtu. Vyšší účinek jeho užltých parametrů je doložen laboratorními zkouškami, jejichž výsledky jsou uvedeny ve srovnávacích tabulkách.

Reológlcké a pseudoplastické vlastnosti vrtného výpladhu, připraveného roztokem soďnoamonné soli kopolymeru akryloňitřilú a akrylové kyseliny v molárním poměru 0,4 a molekulové hmotnosti 10⁶, byly zjišťovány na viskozimetru FANN a jsou uvedeny ve vztahu ke změnám koncentrace v přiložené tabulce 1.

Nízké kolmatační účinku vrtného výplachu v základním složení na produktivní horizont jsou doloženy měřením propustnosti vrtných pískovcových jader a srovnány s kolmatačními účinky dosud užívaných polymerových vrtných výplachů. Výsledky jsou uvedeny v přiložené tabulce 2.

Viskozitu vrtného výplachu na bázi akrylového kopolymeru lze v širokém rozsahu regulovat přídavky chloridů alkalických kovů nebo síranem železnatým a louhem sodným. Zatímco chloridy alkalických kovů snižují viskozitu o 30 až 50 %, síran železnatý s louhem sodným, vytvářející ferroakrylové komplexy ji výrazně zvyšuje. Výsledky získané na viskozimetru FANN jsou uvedeny v přiložené tabulce 3, společně s hodnotami mezí toku a filtrovatelnosti.

Vrstný výplach na bázi akrylového 'kopolymeru podle vynálezu s obsahem ve vodě dispergovaného natrifikovaného bentonitu vykazuje nižší hodnoty Teologických parametrů a filtrovatelnosti než např. výplach s hydrolyzovaným polyakrylonitrilem a nadto i méně kolmatuje produktivní horizonty. Výsledky laboratorních pokusů se šestiprocentní bentonitovou suspenzí, obsahující sodnoamonnou sůl kopolymerů akřilonitrilu a kyseliny akrylové o molárním poměru 0,5 a molekulově hmotnosti 10⁵ jsou uvedeny v přiložené tabulce 4.

Kolmatační účinky vrtného výplachn na bázi akrylového kopolymerů s obsahem dispergovaného bentonitu jsou výrazně nižší než kolmatační účinky jílových výplachů upraveňých dosud užívanými polymery. Výsledky laboratorních zkoušek jsou uvedeny v přiložené srovnávací tabulce 5.

Termostabilní účinky akrylového polymeru v jílovém vrtném výplachů podle vynálezu, doložené hodnotami filtrovatelnosti za vysokých teplot ve srovnávání s termostabilníml účinky běžných polymerů jsou uvedeny v přiložené tabulce 6.

Příklad 1

Vrtný výplach podle vynálezu připravený smícháním 40 litrů 25 procentního roztoku sodnoamonné soli akrylonitrilu a kyseliny akrylové o molárním poměru 0,4 a molekulové hmotnosti 10® S 960 1 vody vykazuje zdánlivou viskozitu na viskozimetru FANN 10,5 mPa. s a kolmatuje pískovcové vrtné jádro o propustnosti 407,7 mD ze

14.8 °/o.

Příklad 2

Vrtný výplach podle vynálezu připravený smícháním 20 litrů 25procentního roztoku sodnoamonné soli kopolymerů akrylonitrllu a akrylové kyseliny o molárním poměru 0,7 a molekulové hmotnosti 9. IQ⁵ s 980 1 vody vykazuje zdánlivou viskozitu 7,3 mPa.

. s a kolmatuje pískovcové vrtné jádro o propustnosti 370 mD pouze z 12,5 %. Příklad 3

120 litrů 25procentního roztoku sodnoamonné soli kopolymerů akrylonitrilu a akrylové kyseliny o molárním poměru 0,6 a molekulové hmotnosti 10® bylo smícháno s 920 1 vody, ve které bylo rozpuštěno 20 kg chloridu sodného. Byl získán inhibitivní vrtný výplach, jehož zdánlivá viskozita činila

15.8 mPa. s, a který kolmatoval pískovcové vrtné jádro o propustnosti 320 mD z

13.8 «/o.

Příklad 4 litrů 25procentního roztoku sodnoamonné soli akrylonitrilu a akrylové kyseliny o molárním poměru 0,7 a molekulové hmotnosti 10® bylo smícháno s 960 1 vody. Za Stálého míchání bylo do směsí přidáno 120 litrů 25procentního roztoku síranu železnatého a bezprostředně poté 40 litrů 30procentního roztoku louhu sodného. Zdánlivá viskozita takto připraveného výplachů činila 97 mPa . s, plastická viskozita 58 mPa . . s, Binghamova mez toku 44 Pa a filtrovatelnost 11 ml za 30 minut.

Příklad 5 kg natrifikovaného bentonitu bylo dispergováno v 940 1 vody. Do disperze byly aplikovány 4 litry 25procentního roztoku sodnoamonné soli kopolymerů akrylonitrílu a akrylové kyseliny 0 molárním poměru 0,5 a molekulové hmotnosti 10®. Zdánlivá viskozita vrtného výplachů činila 25,4 mPa. . s, plastická viskozita 17 mPa . s, Binghamova mez toku 9 Pa filtrovatelnost 13,5 ml za 30 minut. Stupeň kolmatace pískovcového vrtného jádra o propustnosti 310 mD dosahoval hodnoty 32 %.

Příklad 6 kg natrifikovaného bentonitu bylo dispergováno v 960 1 vody. Za stálého míchání bylo do disperze aplikováno 80 litrů 25procentního roztoku sodnoamonné soli kopolymeru akrylonitrilu a akrylové kyseliny o molárním poměru 0,5 a molekulové hmotnosti 10®. Zdánlivá viskozita vrtného výplachu činila 32 mPa. s, Binghamova mez toku 9,2 Pa a filtrovatelnost 11 ml za 30 minut. Stupeň kolmatace pískovcového vrtného jádra o propustnosti 263 mD dosahoval hodnoty 35 °/o.

Příklad 7

100 kg natrifikovaného bentonitu bylo dispergováno v 900 1 vody, Do disperze bylo dávkováno za stálého míchání 8 litrů 25procentního roztoku sodnoamonné soli kopolymeru akrylonitrilu a akrylové kyseliny o molárním poměru 0,5 a molekulové hmotnosti 10®. Zdánlivá viskozita vrtného výplachu činila 54 mPa . s, plastická viskozita 41 mPa . s, Binghamova mez toku 16 Pa a filtrovatelnost 12 ml za 30 minut. Stupeň kolmatace pískovcového vrtného jádra o propustnosti 180 mD dosahoval hodnoty 29,6 %.

Vrtný výplach na bázi akrylového kopolymeru podle vynálezu lze použít nejen při hloubení hydrogeologických vrtů a studní, ale i při hloubení jádrových vrtů, průzkumných vrtů na živice, vrtů pro plynové podzemní zásobníky a geotermálních vrtů. Vrtný výplach bez obsahu bentonitu je možno nadto použít jako pracovní kapaliny při vystrojování, osvojování a opravě plynových sond.

246751 Tabulka 1

Koncentrace akrylového kopolymeru v % hmot.

Počet otáček Jednotky
za minutu	0,5	1,0	2,0	3,0
600 Pa	7,2	10,8	17,2	23,9
300 Pa	3,4	5,3	8,4	12,0
.200 Pa	2,2	3,4	5,3	7,7
100 Pa	1,0	1,2	2,4	3,6
6 Pa	0	0	0	0
3 Pa	0	0	0	0
	Tabulka 2
	Koncentrace	Propustnost v mD	Stupeň
Polymer	v % hmot.	původní	ovlivněná	kolmatace v %
akrylový kopolymer
podle vynálezu	1,0	407,7	347,5	14,8
vysokomolekulární
karboxyinetylcelulóza	1,0	260,0	1,5	99,5
polyanionická
celulóza	1,0	192,5	20,1	89,9
hydrolyzovaný
polyakrylonitril	1,0	302,5	235,7	22,1 .
	Tabulka 3
Druh měření	Jednotky		Složení
			A akrylový kopolymer
			B síran železnatý
			C louh sodný
		A 2 °/o hm.	A 1,5 % hm.	A 1 % hm.
		B 3 % hm.	B 2,25 % hm.	B 1,5 % hm.
		C 1,3 % hm.	C 1,0 % hm.	C 0,65 % hm.
Viskozimetr FANN	Pa	97,0	48,8	8,6
600 ot./min.
300 ot./min.	Pa	70,0	34,4	4,7
200 ót./min.	Pa	58,0	27,7	3,3
100 ot./min.	Pa	42,6	18,6	1,6
6 ot./min.	Pa	11,9	4,7	0
3 ot./min.	Pa	9,5	3,5	0
Plastická viskozita	mPa. s	58,0	32,0	8,0
Binghamova mez toku	Pa	44,0	19,1	0.9
Mez toku po 10 s	Pa	7,6	4,7	0
Mez toku po 10 min.	Pa	5,7	3,3	0
Filtrovatelnost	ml/30‘	11,0	13,5	27,0

«Φ CO. ’Φ co co <D CO rH co Co CO co o of co T-Γ co co rr?

CD CO ’Φ CO rH CO CO H

Φ £í cí

X5

Cti

H o

Λ 4-Á '05 o š e > Λ

I ' 1

O ^> 1 £ 2 <

£

Λ £ cd 3 o o £ >, £j 3 3

CD Cd CJ í>>

og>

W a_c □

ř-( a

o

Λ o

o

XI '05 >

O >>

f-t

CÚ

O

CO

U<

-»-» tí

O tí

O +->

O §

Λ sO o

>

CO a

>.

>

Ξ5

O á

líD o

	co	in	CD	tx	CO.	O.	co	UD	co	o.
o	rH	co	rH	co	t—T	co	co	co	Xí	co
	UD	'φ	co	rH	rH	CO	co		rH	rH

CD		CO	’Φ	CO	O	*Φ		<φ	CD
ltd	co	co	ud	05	of	00	co	co	uf
co	UD	m	co	rH	rH	’Φ		Ή	rH

CO. ’Φ *ψ O LO CO LO rH LÍD.

co co \fT φ t~h o cf co o oo of

UD CO CO rH Φ rH

CD CO LQ CD UD O ΙΌ CD CO CD af *Φ of rH rH o rH' CO rH rH θ' CO CM T-i Γ-Η ω H CO rH «Φ CO^ ’Φ. rH CO CD O rH CD. C0~ LO uf t> ^φ o co co t>' of ^φ co co

CO Η Η H rH CO Ή

05. CD rH řx í> CD 03. CD. rH O co ’Φ o *φ irf in 10 co xjf of o

CO CO CO rH CO rH rH +-»

O tí

T3

CD

CD >^i >05 a

λ

ÍH «

CO

P-i . O cOcOcOcOcOffiCtfctf cO £2 P^G^(XiCt(íX(rLíCLiP-iPMÍ—?

a s

M cd _N ť5 3

Β Ή rH

O O >3 2.

o o o o CO CO o o o o CM T-l

CO CO cd ň

Μ N N 3 CD CD SfflŠSt,

Tabulka 5

Polymer	Koncentrace v % hmot. bentonit polymer	Propustnost jádra v mD	Stupeň kolmatace v %
původní	ovlivněná
akrylový kopolymer
podle vynálezu	6 1	310,9	210,7	32,2
vysokomolekulární
karboxymetylcelulóza	6 1	181,5	7,8	95,7
hydrolyzovaný
polyakrylonitril	6 1	221,4	50,0	77,4

Tabulka 6
Polymer	Koncentrace v % hmot.	Filtrovatelnost v ml/30*
při 150 °G	při 200 °C
akrylový kopolymer	0,5	25	93
podle vynálezu	1,0	24	29
hydrolyzovaný	0,5	30	101
polyakryonitril	1,0	28	35
vysokomolekulární	0,5	29	320
karboxymetylcelulóza	1,0	28	284

pRedmEt

Claims

1. Vrtný výplaoh na bázi akrylového kopolymeru, vyznačený tím, že obsahuje sodnoamonnou sůl kopolymeru akrylonitrilu a akrylové kyseliny o molárním poměru 0,4 až 0,7 a molekulové hmotnosti 10⁵ až 10⁶ v množství 0,5 až 3 °/o hmotnostní, přitom zbytek tvoří voda.

2. Vrtný vý,plach podle bodu 1, vyznačený tím, že obsahuje síran železnatý v množství

1,6 až 3 % hmotnostní a louh sodný v množství 0,5 až 1 % hmotnostní.

3. Vrtný výplach podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že obsahuje chloridy alkalických kovů v množství 1 až 5 °/o hmotnostních.

4. Vrtný výplach podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že ve vodě je dispergován natrifikovaný bentonit v množství 2 až 10 % hmotnostních, vztaženo k celkovému množství.