RU2134283C1

RU2134283C1 - Method of chemical treatment of clay drilling muds

Info

Publication number: RU2134283C1
Application number: RU97115640A
Authority: RU
Inventors: А.А. Анисимов; Л.И. Симоненко; Г.П. Злотников; Н.М. Гукасова; Е.В. Погорелов
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-08-10

Abstract

FIELD: drilling of oil and gas wells. SUBSTANCE: method comprises adding preliminarily prepared peat-lignosulfonate agent to clay suspension-based drilling mud in amount of 2-7 wt % (0.1-0.3 % by dry matter). Agent is prepared under stationary conditions or prior to treating drilling mud using stirring devices. Agent retains technological activity for 24 months. Peat-lignosulfonate agent comprises the following ingredients, wt %: peat, 4.5-5.5; caustic soda, 0.0325-0.40; industrial ligno-sulfonates, 0.75-1.25; sodium and potassium bichromates; and water, the balance. Agent is essentially brown homogeneous paste-like compound which trickles down by gravity or pumped through. Method is ecologically safe. EFFECT: lower catching dangerous properties of drilling mud due to lower friction coefficient and higher inhibiting properties; efficiency of chemical treatment and reduced cost and labor consumption. 2 cl, 2 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к технологии химической обработки глинистых буровых растворов. The invention relates to the field of drilling oil and gas wells, and in particular to a technology for the chemical treatment of clay drilling fluids.

Известны способы обработки буровых растворов хромгуматными /1/ и лигнохромгуматными реагентами /2/, которые при значительной сложности их приготовления не улучшают смазочные (противоприхватные) свойства. Known methods for processing drilling fluids with chromate / 1 / and lignochromate / 2 / reagents, which with significant complexity of their preparation do not improve lubricating (anti-seizing) properties.

Достаточно эффективным является способ обработки, когда используется щелочной гуматный реагент, модифицированный неорганическими или низкомолекулярными алифатическими карбоновыми кислотами /3/. Однако этот способ связан с использованием химически агрессивных по отношению к металлу бурового оборудования веществ и расходом больших количеств реагента. A processing method that uses an alkaline humate reagent modified with inorganic or low molecular weight aliphatic carboxylic acids / 3 / is quite effective. However, this method involves the use of substances chemically aggressive with respect to the metal of the drilling equipment and the consumption of large quantities of reagent.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по составу реагента для обработки буровых растворов является способ, при котором перед закачкой в скважину смешивают углещелочной реагент УЩР, основным компонентом которого являются натриевые соли гуминовых кислот, и окзил в объемном соотношении 2:3 - прототип /4/. Closest to the proposed technical solution for the composition of the reagent for processing drilling fluids is a method in which carbon-alkaline reagent UShR is mixed before injection into the well, the main component of which is sodium salts of humic acids, and oxyl in a volume ratio of 2: 3 - prototype / 4 /.

Оксид представляет собой коррозионно активный жидкий (25-27%-ный) продукт окисления лигносульфонатов хромпиком в сернокислой среде (pH 1,0-1,5) - ТУ 84-229-71). Соотношение в нем лигносульфонатов и хромпика 1:0,9, общее в нем лигносульфонатов и хромпика 1:0,9, общее содержание хрома 3,0%. The oxide is a corrosive liquid (25-27%) product of the oxidation of lignosulfonates by chromic peak in a sulfuric acid medium (pH 1.0-1.5) - TU 84-229-71). The ratio of lignosulfonates and chrompic in it is 1: 0.9, the total lignosulfonates and chrompic in it is 1: 0.9, and the total chromium content is 3.0%.

В случае известного решения /4/ используются значительные количества товарных реагентов. Однако этот прием практически не улучшает смазочные и ингибирующие свойства буровых растворов. In the case of the known solution / 4 / significant quantities of commodity reagents are used. However, this technique practically does not improve the lubricating and inhibitory properties of drilling fluids.

Задачей предлагаемого изобретения является достижение широкого общеулучшающего эффекта качеств глинистых буровых растворов: оптимизация их смазочных (противоприхватных), ингибирующих, фильтрационных и реологических свойств при одновременном снижении трудоемкости и стоимости химической обработки. The objective of the invention is to achieve a broad, generally improving effect of the qualities of clay drilling fluids: optimization of their lubricating (anti-seizing), inhibitory, filtration and rheological properties while reducing the complexity and cost of chemical treatment.

Поставленная задача решается при введении в глинистый буровой раствор предварительно приготовленного торфолигносульфонатного реагента - ТЛР в количестве 2,0-7,0 мас.% (0,1-0,3% по сухому веществу). Реагенты содержат ингредиенты при их следующем соотношении, мас.%:
торф - 4,5 - 5,5
едкий натр - 0,325 - 0,40
лигносульфонаты технические - 0,75 - 1,25
бихромат натрия или калия-хромпик - 0,075 - 0,125
вода - остальное
Реагент приготавливают путем тщательного перемешивания суспензии торфа с водными растворами других компонентов в определенной последовательности и промежуточными выдержками. Срок технологической активности реагента не менее 24 месяцев.The problem is solved by introducing into the clay drilling mud a pre-prepared peat lignosulfonate reagent - TLR in the amount of 2.0-7.0 wt.% (0.1-0.3% by dry matter). Reagents contain ingredients in their following ratio, wt.%:
peat - 4.5 - 5.5
caustic soda - 0.325 - 0.40
technical lignosulfonates - 0.75 - 1.25
sodium or potassium dichromate-chromic peak - 0.075 - 0.125
water - the rest
The reagent is prepared by thoroughly mixing a suspension of peat with aqueous solutions of other components in a certain sequence and intermediate extracts. The period of technological activity of the reagent is at least 24 months.

Реагент ТЛР представляет собой гомогенную пастообразную массу коричневого цвета, которая при вводе в глинистую суспензию может стекать самотеком по желобу глиномешалки или прокачиваться насосом. The TLR reagent is a homogeneous pasty mass of brown color, which, when introduced into a clay suspension, can flow by gravity along the gutter of the clay mixer or pumped.

Для приготовления торфолигносульфонатного реагента использован товарный фрезерный верховой торф Пожненского месторождения (Республика Коми) следующего состава, мас.%: влажность 50-60, зольность 11-14, лигнин 7-8, целлюлоза 4-5, битумы 5,8-6,2, легкогидролизуемые вещества 34,7-37,1, гуминовые кислоты 30,9-34,8, фульвокислоты 4,5-7,2. To prepare the peat lignosulfonate reagent, the following milled commercial peat of the Pozhna deposit (Komi Republic) was used, wt.%: Humidity 50-60, ash 11-14, lignin 7-8, cellulose 4-5, bitumen 5.8-6.2 , hydrolyzable substances 34.7-37.1, humic acids 30.9-34.8, fulvic acids 4.5-7.2.

Применены жидкие технические лигносульфонаты - побочный продукт сульфитно-спиртового производства Котласского ЦБК (ТУ 13-0281038-029-94), бихромат натрия или калия (ГОСТ 2652-84), едкий натр технический (ТУ 6-01-1306-85). Liquid technical lignosulfonates are used - a by-product of sulfite-alcohol production of the Kotlas Pulp and Paper Mill (TU 13-0281038-029-94), sodium or potassium dichromate (GOST 2652-84), technical caustic soda (TU 6-01-1306-85).

Изобретение осуществляется следующими способами:
Пример 1 (состав N 4 по табл. 1).The invention is carried out in the following ways:
Example 1 (composition N 4 according to table. 1).

В 70 мл 5%-ного раствора едкого натра всыпают 50 г торфа. Перемешивают 10-15 мин. Выдерживают при комнатной температуре 20-24 ч, затем добавляют 30 мл разбавленного водой 2:1 раствора лигносульфонатов. После 15-20 минутного перемешивания выдерживают 3-5 ч, добавляют 10 мл 10%-ного раствора хромпика, перемешивают 5-10 мин. Перед обработкой глинистой суспензии реагент выдерживает 10-12 ч. In 70 ml of a 5% sodium hydroxide solution, add 50 g of peat. Stirred for 10-15 minutes. It is kept at room temperature for 20-24 hours, then 30 ml of a 2: 1 solution of lignosulfonates diluted with water are added. After 15-20 minutes of stirring, they stand for 3-5 hours, add 10 ml of a 10% solution of chrompeak, mix for 5-10 minutes. Before processing the clay suspension, the reagent can withstand 10-12 hours

Пример 2 (состав N 13 по табл. 1). Example 2 (composition N 13 according to table. 1).

Для приготовления торфолигносульфонатного реагента (ТЛР) в буровых условиях используются перемешивающие устройства: глиномешалки МГ2-4 или агрегат АППЖ. За 1-3 сут до использования реагента в глиномешалке приготавливают 2 м³ 5%-ного раствора едкого натра (каустической соды) - 50 кг/м³ плотностью 1,05-1,06 г/см³. В раствор добавляют 1,0-1,2 т (2,0-2,5 м³) товарного измельченного фрезерного торфа и перемешивают в течение 30-45 мин. Процесс омыления торфа ускоряется при подогреве смеси до 60-80^oC. В гуматную смесь добавляют 400 л технических лигносульфонатов. При постоянном перемешивании глиномешалка заполняется водой приблизительно до 4/5 объема рабочей емкости, и компоненты дополнительно перемешиваются 20-30 мин. При повышенной вязкости лигносульфонатов допускается их разогрев паром. В отдельной емкости объемом 200 л приготавливают 120-150 и 20%-ного раствора хромпика (25-30 кг), который затем добавляют к реакционной смеси в глиномешалке. Полный объем реагента перемешивают 30-60 мин (до гомогенности). Для полного завершения реакций реагент необходимо выдержать не менее 12 час.For the preparation of peat lignosulfonate reagent (TLR) in drilling conditions, mixing devices are used: MG2-4 clay mixers or APPZh unit. 1-3 m before use of the reagent in a clay mixer, 2 m ^{3 of a} 5% sodium hydroxide solution (caustic soda) is prepared - 50 kg / m ^{3 with a} density of 1.05-1.06 g / cm ³ . 1.0-1.2 tons (2.0-2.5 m ³ ) of commercial ground milled peat are added to the solution and mixed for 30-45 minutes. The peat saponification process is accelerated when the mixture is heated to 60-80 ^o C. 400 l of technical lignosulfonates are added to the humate mixture. With constant stirring, the clay mixer is filled with water to approximately 4/5 of the volume of the working tank, and the components are additionally mixed for 20-30 minutes. With increased viscosity of lignosulfonates, their heating by steam is allowed. In a separate 200-liter tank, 120-150 and a 20% chromic peak solution (25-30 kg) are prepared, which is then added to the reaction mixture in a clay mixer. The full volume of the reagent is stirred for 30-60 minutes (until homogeneous). To complete the reactions, the reagent must be maintained for at least 12 hours.

При содержании в реагенте ТЛР 0,02-0,03 мас.% химически связанного хрома, соответственно, 0,0035-0,005 мас.% в буровом растворе предлагаемый способ химической обработки является экологически безопасным. When the content in the reagent TLR 0.02-0.03 wt.% Chemically bound chromium, respectively, 0.0035-0.005 wt.% In the drilling fluid, the proposed method of chemical treatment is environmentally friendly.

В табл. 1 приведены составы реагента и данные о содержании в них активных гуминовых веществ и степени извлечения под влиянием модификации лигносульфонатами. В табл. 2 - свойства 7%-ных модельных глинистых суспензий глинопорошка марки ПБГ (ТУ 39-01-08-658-81) после обработки реагентами различного количественного состава. In the table. 1 shows the compositions of the reagent and data on the content of active humic substances in them and the degree of extraction under the influence of modification of lignosulfonates. In the table. 2 - properties of 7% model clay suspensions of clay powder grade PBG (TU 39-01-08-658-81) after treatment with reagents of various quantitative composition.

Заявляемые граничные значения содержания компонентов реагента, полученного для осуществления предлагаемого способа химической обработки глинистых буровых растворов, выбраны из условий его максимальной технологической эффективности. The claimed boundary values of the content of the components of the reagent obtained for the implementation of the proposed method for the chemical treatment of clay drilling fluids, selected from the conditions of its maximum technological efficiency.

Диапазон содержания едкого натра определяли в опытах N 2-7. Нижний предел - 0,325 мас.%, т.к. ниже этой величины увеличивается толщина фильтрационной корки, снижается степень извлечения активных гуминовых веществ, не проявляются смазочные свойства раствора. Верхний предел составляет 0,40 мас.%. Выше этой величины усиливается набухаемость глинистых пород при неизменности других показателей. The range of sodium hydroxide content was determined in experiments N 2-7. The lower limit is 0.325 wt.%, Because below this value, the thickness of the filter cake increases, the degree of extraction of active humic substances decreases, and the lubricating properties of the solution do not appear. The upper limit is 0.40 wt.%. Above this value, the swelling of clay rocks increases, while other indicators remain unchanged.

В опытах N 8-12 определяли диапазон оптимального содержания технических лигносульфонатов. Нижний предел - 0,75 мас.%. Ниже этого предела реагент не снижает фильтрацию раствора и толщину глинистой корки, содержит минимум извлеченных активных гуминовых веществ. Верхний предел составляет 1,25 мас.%. Выше этого предела начинается рост набухаемости и показателей, характеризующих липкость раствора. In experiments N 8-12, the optimal content range of technical lignosulfonates was determined. The lower limit is 0.75 wt.%. Below this limit, the reagent does not reduce the filtration of the solution and the thickness of the clay crust, contains a minimum of extracted active humic substances. The upper limit is 1.25 wt.%. Above this limit, the growth of swelling and indicators characterizing the stickiness of the solution begins.

Диапазон содержания торфа был определен в опытах N 18-22. Нижний предел - 4,5 мас.%, т.к. ниже этого содержания отмечен рост фильтрации и набухаемости, максимального напряжения сдвига по глинистой корке и снижение концентрации активных гуминовых веществ. Верхний предел составляет 5,5 мас.%, выше этого предела растет толщина и липкость глинистой корки. The peat content range was determined in experiments N 18-22. The lower limit is 4.5 wt.%, Because below this content, an increase in filtration and swelling, maximum shear stress along the clay crust, and a decrease in the concentration of active humic substances are noted. The upper limit is 5.5 wt.%, Above this limit, the thickness and stickiness of the clay crust increase.

В опытах N 13-17 определяли диапазон содержания бихроматов (хромпика). Нижний предел составляет 0,075 мас.%. Ниже этого предела усиливаются процессы нарастания толщины глинистой корки, трения, набухаемости. Верхний предел содержания - 0,125 мас.%. Выше этого значения отмечены рост показателя максимального напряжения сдвига по корке и усиление фильтрации бурового раствора. In experiments N 13-17, the range of the content of dichromates (chrompeak) was determined. The lower limit is 0.075 wt.%. Below this limit, the processes of increasing the thickness of the clay crust, friction, swelling are intensified. The upper limit of the content is 0.125 wt.%. Above this value, an increase in the index of the maximum shear stress along the crust and increased filtration of the drilling fluid are noted.

В опыте N 23 (по табл. 2) установлено, что раздельное введение в буровой раствор компонентов предлагаемого реагента (количественный состав N 4) малоэффективно для улучшения заданных технологических параметров. In experiment No. 23 (according to Table 2) it was found that the separate introduction into the drilling fluid of the components of the proposed reagent (quantitative composition No. 4) is ineffective for improving the given technological parameters.

По данным опыта N 24 (табл. 2) очевидны преимущества заявляемого способа обработки перед прототипом. According to experience No. 24 (table. 2), the obvious advantages of the proposed processing method over the prototype.

Анализ известных способов химической обработки буровых растворов показывает, что применение торфолигносульфонатного реагента, модифицированного бихроматами, в заявляемом составе и соотношении ингредиентов для снижения прихватоопасности и ингибирования буровых растворов неизвестно. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Analysis of known methods for chemical treatment of drilling fluids shows that the use of peat-lignosulfonate reagent modified with bichromats in the claimed composition and ratio of ingredients to reduce stickiness and inhibit drilling fluids is unknown. Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

При изучении данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях. Следовательно, это обеспечивает ему соответствие критерию "существенные отличия". In the study of this technical field, the features that distinguish the claimed solution from the prototype are not identified in other technical solutions. Therefore, this ensures that it meets the criterion of "significant differences".

Предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский, уровень", т.к.:
- рост степени извлечения активных гуминовых веществ из торфогуматного компонента при модификации лигносульфонатами не является очевидным;
- завершающая хроматная обработка для заявляемого способа реагента привела к появлению новых функциональных групп, образованию хелатных соединений с гуминовыми веществами и лигносульфонатами. Эти качественные изменения неожиданно проявили себя при обработке глинистых суспензий в противоприхватной и ингибирующей эффективности.The proposed technical solution meets the criterion of "inventive step", because:
- the increase in the degree of extraction of active humic substances from the peat component during modification by lignosulfonates is not obvious;
- final chromate treatment for the proposed method of the reagent has led to the emergence of new functional groups, the formation of chelated compounds with humic substances and lignosulfonates. These qualitative changes unexpectedly showed themselves when processing clay suspensions in anti-seizing and inhibitory effectiveness.

Предлагаемое техническое решение также отвечает и критерию "промышленная применимость", заявляемый способ прост, не требует использования дорогостоящих материалов и может быть осуществлен на стандартном оборудовании непосредственно на бурящихся скважинах. The proposed technical solution also meets the criterion of "industrial applicability", the claimed method is simple, does not require the use of expensive materials and can be carried out on standard equipment directly at the wells being drilled.

Использование заявляемого способа химической обработки глинистых буровых растворов позволит в сравнении с прототипом снизить аварийность в результате прихватов бурового инструмента и разупрочнения стенок скважины, свести к минимуму возможность загрязнения продуктивного пласта фильтратом бурового раствора, ускорить и удешевить химическую обработку бурового раствора, избежать коррозии оборудования, снизить экологические нагрузки. The use of the proposed method for the chemical treatment of clay drilling fluids will allow, in comparison with the prototype, to reduce the accident rate due to sticking of the drilling tool and softening the walls of the well, to minimize the possibility of contamination of the productive formation by the filtrate of the drilling fluid, to speed up and reduce the cost of chemical treatment of the drilling fluid, to avoid corrosion of equipment, to reduce environmental load.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе заявки. Sources of information taken into account during the examination of the application.

1. Кистер Г. Химическая обработка буровых растворов. М., "Недра", 1972, с. 113-115. 1. Kister G. Chemical treatment of drilling fluids. M., "Nedra", 1972, p. 113-115.

2. Авт. свид. СССР N 290109, М6кл. E 21 B 21/04, 1969. 2. Auth. testimonial. USSR N 290109, M6kl. E 21 B 21/04, 1969.

3. Авт. свид. СССР N 1278354 М6кл. C 09 K 7/02, 1984 (аналог). 3. Auth. testimonial. USSR N 1278354 M6cl. C 09 K 7/02, 1984 (analog).

4. Авт. свид. СССР N 724554 М6кл. C 09 K 7/02, 1974 (прототип). 4. Auth. testimonial. USSR N 724554 M6cl. C 09 K 7/02, 1974 (prototype).

Claims

1. A method for the chemical treatment of clay drilling fluids, including the introduction of a humate lignosulfonate reagent, characterized in that peat modified with caustic soda is used as a humate component, and liquid technical lignosulfonates modified with chrompic in an alkaline medium are used as the lignosulfonate reagent, in the following ratio of ingredients, wt.%:
Peat - 4.5 - 5.5
Caustic soda - 0.325 - 0.40
Technical lignosulfonates - 0.75 - 1.25
Sodium or Potassium Dichromate - Chrompeak - 0.075 - 0.125
Water - Else
2. The method according to claim 1, characterized in that the peat lignosulfonate reagent is introduced into the drilling fluid in an amount of 2.0 to 7.0 wt.%.