RU2152417C2

RU2152417C2 - Multifunctional reagent for treating drilling muds and method of preparation thereof

Info

Publication number: RU2152417C2
Application number: RU97113020A
Authority: RU
Inventors: А.А. Анисимов; Л.И. Симоненко; Г.П. Злотников; Н.М. Гукасова; А.В. Полищук; А.Б. Шевелев; И.Е. Пьянкова
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий РАО "Газпром"
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: oil and gas production. SUBSTANCE: reagent for drilling mud intended for use under complicated geological conditions is prepared by maintaining 17-18 wt parts of tallow lignin sludge and 2-3 wt parts of caustic soda in the form of flowing pasty substance at 20-22 C for 18-24 hr or maintaining the same components in the form of well soluble solid at 90-95 C for 3-4 hr. Addition of 2-3 vol % of the reagent to clayey drilling muds is recommended. EFFECT: imparted lubrication properties to drilling mud by decreasing thickness and tackiness of clayey crust, reduced water yield, weakened structure, inhibited weakening of clayey rocks, and simplified drilling mud preparation process. 3 cl, 2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к буровым растворам, применяемым в сложных геологических условиях. The invention relates to the drilling of oil and gas wells, namely to drilling fluids used in difficult geological conditions.

Известны различные вещества, используемые в качестве ингибиторов диспергирования и разупрочнения пород при промывке буровыми растворами. В большинстве случаев это неорганические солихлориды калия, кальция, натрия (1). Но при их применении не всегда удается достигнуть высокой эффективности ингибирования, т. к. допустимая концентрация солей в буровом растворе ограничена порогом солестойкости реагентов - стабилизаторов. Как правило, электролиты ухудшают или не изменяют смазочные свойства буровых растворов. Various substances are known that are used as inhibitors of dispersion and softening of rocks when flushing with drilling fluids. In most cases, these are inorganic hydrochlorides of potassium, calcium, and sodium (1). But when using them, it is not always possible to achieve high inhibition efficiency, since the permissible concentration of salts in the drilling fluid is limited by the salt tolerance threshold of the stabilizing reagents. As a rule, electrolytes impair or do not alter the lubricating properties of drilling fluids.

В качестве смазки в буровые растворы вводят добавки СМАД, СГ и др., уменьшающие липкость глинистой корки (2). Они снижают вязкость буровых растворов, статическое напряжение сдвига. Но эти добавки не уменьшают водоотдачу, вызывают разупрочнение породы на стенках скважины, усиливают экологические нагрузки, имеют высокую температуру застывания, пожароопасны. Additives SMAD, SG, etc., which reduce the stickiness of the clay crust, are introduced into drilling fluids as a lubricant (2). They reduce the viscosity of drilling fluids, static shear stress. But these additives do not reduce water loss, cause softening of the rock on the well walls, increase environmental loads, have a high pour point, and are fire hazard.

Наиболее близким аналогом к заявленному полифункциональному реагенту является полифункциональный реагент для обработки буровых растворов, содержащий шлам-лигнин 9 - 12%, каустическую соду 2-3%, хлористый натрий 25 - 30% и остальное вода (3). The closest analogue to the claimed multifunctional reagent is a multifunctional reagent for processing drilling fluids containing sludge-lignin 9-12%, caustic soda 2-3%, sodium chloride 25-30% and the rest water (3).

Недостатком бурового раствора является ухудшение его технологических свойств, а также недостаточная устойчивость данного раствора при бурении сульфатных пород (гипс и ангидриты). Кроме того, содержащееся в составе шлам-лигнина целлюлозное волокно создает определенные трудности в работе турбобура и очистных устройств бурового раствора. При приготовлении бурового раствора на основе шлама-лигнина имеет место запыленность рабочей зоны. The disadvantage of the drilling fluid is the deterioration of its technological properties, as well as the lack of stability of this solution when drilling sulfate rocks (gypsum and anhydrite). In addition, the cellulose fiber contained in the sludge-lignin creates certain difficulties in the operation of the turbodrill and mud treatment devices. When preparing a drilling fluid based on lignin sludge, dustiness of the working area takes place.

Наиболее близким аналогом для заявленного способа является способ приготовления полифункционального реагента, включающий приготовление 2 - 3%-ного раствора каустической соды, в который засыпают расчетное количество шлама-лигнина 9 - 12%, перемешивание полученной суспензии в течение 1 часа, введение в шлам-лигниновый раствор хлористого натрия 25 - 30% и последующее перемешивание в течение 30 мин. (3). The closest analogue to the claimed method is a method of preparing a multifunctional reagent, including the preparation of a 2 - 3% solution of caustic soda, into which a calculated amount of sludge-lignin of 9-12% is poured, mixing the resulting suspension for 1 hour, introducing into the sludge-lignin a solution of sodium chloride 25-30% and subsequent stirring for 30 minutes (3).

Однако такой способ получения реагента не позволяет получить буровой раствор, обладающий требуемыми технологическими параметрами в случае необходимости его разбавления до рабочих концентраций, например, в случае большого объема расхода бурового раствора и недостатка оборудования для его приготовления на буровых установках. Кроме того, такой способ приготовления требует дополнительного введения в шлам-лигниновый раствор хлористого натрия, его предварительного растворения и последующего перемешивания, что усложняет процесс приготовления и удорожает его. However, this method of obtaining the reagent does not allow to obtain a drilling fluid having the required technological parameters if it is necessary to dilute it to working concentrations, for example, in the case of a large volume of drilling fluid consumption and a lack of equipment for its preparation in drilling rigs. In addition, this method of preparation requires additional introduction of sodium chloride into the sludge-lignin solution, its preliminary dissolution and subsequent mixing, which complicates the preparation process and increases its cost.

Задачей изобретения является комплексное придание буровым растворам смазочных (противосальниковых и противоприхватных) свойств путем уменьшения толщины и липкости глинистой корки, снижения водоотдачи бурового раствора, прочности его структуры и ингибирование разупрочнения глинистых пород при одновременном уменьшении компонентности состава бурового раствора и упрощении процесса его обработки, снижение экологических нагрузок. The objective of the invention is the complex imparting to drilling fluids lubricating (anti-stuffing and anti-seizing) properties by reducing the thickness and stickiness of the mud cake, reducing the fluid loss of the drilling fluid, the strength of its structure and inhibiting softening of clay rocks while reducing the composition of the drilling fluid and simplifying the process of treatment, reducing environmental loads.

Поставленная задача решается тем, что полифункциональный реагент, включающий шлам-лигнин и каустическую соду, в качестве шлам-лигнина содержит талловый шлам-лигнин при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
талловый шлам-лигнин - 17 -18
каустическая сода - 2 - 3
Поставленная задача решается также тем, что в способе получения полуфинкционального реагента для обработки буровых растворов, включающем смешивание шлам-лигнина с каустической содой, в качестве шлам-лигнина используют талловый шлам-лигнин, а после смешивания проводят термостатирование смеси при 90-95^oC в течение 3-4 часов. А также тем, что в способе получения полифункционального реагента для обработки буровых растворов, включающем смешивание шлам-лигнина с каустической содой, в качестве шлам-лигнина используют талловый шлам-лигнин, а после смешивания реакционную смесь выдерживают при 20-22^oC в течение 20-24 часов.The problem is solved in that a multifunctional reagent, including sludge-lignin and caustic soda, as sludge-lignin contains tall mud-lignin in the following ratio of ingredients, parts by weight:
tall mud-lignin - 17 -18
caustic soda - 2 - 3
The problem is also solved by the fact that in the method of producing a semi-functional reagent for processing drilling fluids, which includes mixing sludge-lignin with caustic soda, tall sludge-lignin is used as sludge-lignin, and after mixing the mixture is thermostated at 90-95 ^o C in within 3-4 hours. And also the fact that in the method for producing a multifunctional reagent for processing drilling fluids, which includes mixing sludge-lignin with caustic soda, tall sludge-lignin is used as sludge-lignin, and after mixing the reaction mixture is kept at 20-22 ^o C for 20 -24 hours.

Реагент вводят в количестве 2-3% по массе от объема бурового раствора. The reagent is introduced in an amount of 2-3% by weight of the volume of the drilling fluid.

Талловый шлам-лигнин является отходом лесохимического процесса разложения сульфатного мыла. Использовался талловый шлам-лигнин Котласского ЦБК (г. Коряжма Архангельской обл.) следующего состава, мас.%:
Смоляные и неомыляемые вещества, жирные кислоты - 40 - 45
Лигнин - 5 - 10
Микроцеллюлоза - 5 - 10
Минеральный остаток (Na₂SO₄, K₂SO₄, CaCl₂, NaCl) - 10 - 12
Вода - Остальное
pH - 4,01
Использовалась сода каустическая техническая по ГОСТ 2263-79 или натр едкий технический по ТУ 6-01-1306-85.Tall lignin sludge is a waste of the wood-chemical process of decomposition of sulfate soap. We used tall lignin sludge from the Kotlas Pulp and Paper Mill (Koryazhma, Arkhangelsk Region) of the following composition, wt.%:
Tar and unsaponifiable substances, fatty acids - 40 - 45
Lignin - 5 - 10
Microcellulose - 5 - 10
Mineral residue (Na ₂ SO ₄ , K ₂ SO ₄ , CaCl ₂ , NaCl) - 10 - 12
Water - Else
pH 4.01
Technical caustic soda according to GOST 2263-79 or technical caustic soda according to TU 6-01-1306-85 was used.

Изобретение осуществляется следующими способами. The invention is carried out in the following ways.

Пример 1. В 90 мл (18 мас. ч.) таллового шлама-лигнина добавляют 10 г (2 мас. ч.) каустической соды. Перемешивают 10-15 мин. Реакционную смесь термостатируют при 90-95^oC в течение 3-4 часов. Получают твердое, легко крошащееся вещество, хорошо растворимое в воде и глинистых суспензиях.Example 1. In 90 ml (18 parts by weight) of tall mud lignin, 10 g (2 parts by weight) of caustic soda are added. Stirred for 10-15 minutes. The reaction mixture is thermostated at 90-95 ^o C for 3-4 hours. A solid, easily crumbling substance is obtained, readily soluble in water and clay suspensions.

Пример 2: В 85 мл (17 мас. ч.) таллового шлама-лигнина добавляют 15 г (3 мас. ч.) каустической соды, перемешивают 20-30 мин. Реакционную смесь выдерживают при 20-22^oC в течение 18-24 час. Получают пастоообразные текущее вещество, хорошо растворимое в воде и глинистых суспензиях.Example 2: In 85 ml (17 parts by weight) of tall sludge-lignin, 15 g (3 parts by weight) of caustic soda are added and mixed for 20-30 minutes. The reaction mixture was maintained at 20-22 ^o C for 18-24 hours. Get pasty current substance, soluble in water and clay suspensions.

В таблице 1 приведены данные, иллюстрирующие влияние количественного содержания ингредиентов реагента и условий приготовления на его агрегатное состояние и некоторые физические свойства. Table 1 shows data illustrating the effect of the quantitative content of the reagent ingredients and cooking conditions on its state of aggregation and some physical properties.

Для определения эффективности различных количественных композиций для заявляемого реагента их вводили в 7%-ные суспензии бентонита в количестве 2,5 мас.% по отношению к объему. To determine the effectiveness of various quantitative compositions for the inventive reagent, they were introduced into 7% suspension of bentonite in an amount of 2.5 wt.% In relation to the volume.

В таблице 2 приведены данные о влиянии реагентов различного количественного состава и способов приготовления на технологические свойства глинистых буровых растворов. Table 2 shows data on the effect of reagents of various quantitative composition and preparation methods on the technological properties of clay drilling fluids.

Диапазон содержания таллового шлам-лигнина определяли для составов реагентов в растворах NN 2-9. Нижний предел содержания таллового шлама - 17 мас. ч. , т. к. ниже этой величины реагент не оказывает эффективного улучшенного действия на параметры бурового раствора. Верхний предел - 18 мас. ч., т.к. выше этого предела реагент неполностью растворяется в глинистых суспензиях и воде, характерен частичной гидрофобностью. The range of the content of tall mud-lignin was determined for the compositions of the reagents in solutions NN 2-9. The lower limit of the content of tall mud is 17 wt. o'clock, because below this value, the reagent does not have an effective improved effect on the parameters of the drilling fluid. The upper limit is 18 wt. hours since above this limit, the reagent is incompletely soluble in clay suspensions and water, characterized by partial hydrophobicity.

В растворах NN 10-14 определяли диапазон компонентного содержания каустической соды. Нижний предел содержания - 2 мас. ч., т.к., ниже этого предела образуются нерастворимые вещества. Верхний предел - 3 мас. ч., т.к., выше этого предела вследствие повышенной щелочности бурового раствора с добавкой реагента усиливается набухание и диспергация глинистых частиц. In solutions NN 10-14, the range of the component content of caustic soda was determined. The lower limit of the content is 2 wt. hours, because, below this limit, insoluble substances are formed. The upper limit is 3 wt. hours, because, above this limit, due to the increased alkalinity of the drilling fluid with the addition of a reagent, the swelling and dispersion of clay particles increases.

Реагент низкотемпературного приготовления, обладающий текучестью, можно получать непосредственно на буровой, используя любые емкости, снабженные перемешивающим устройством. The low-temperature preparation reagent having fluidity can be obtained directly at the rig using any containers equipped with a mixing device.

Реагент высокотемпературного приготовления (оптимальные композиции NN 2, 3, 7) - твердый, крошащийся, хорошо растворимый в воде и глинистых суспензиях. Может быть получен в условиях стационарного производства и доставлен к месту бурения в бочках, мешках и другой дозированной таре. High-temperature preparation reagent (optimal compositions NN 2, 3, 7) - solid, crumbly, readily soluble in water and clay suspensions. It can be obtained under stationary production conditions and delivered to the drilling site in barrels, bags and other dosed containers.

Буровые растворы обрабатывают заявляемым реагентом, вводя его в циркулирующую систему в рекомендуемой концентрации. Drilling fluids are treated with the inventive reagent, introducing it into the circulating system in the recommended concentration.

Данные проведенных лабораторных испытаний (табл. 2) свидетельствуют о том, что реагент согласно изобретению с оптимальным содержанием компонентов обладает полифункциональностью, эффективно сочетает качества понизителя фильтрации буровых растворов, смазочной добавки и ингибитора набухаемости и диспергации глинистых пород. The data from laboratory tests (Table 2) indicate that the reagent according to the invention with an optimal content of components has multifunctionality, effectively combines the qualities of a drilling fluid filtration reducer, a lubricant and an inhibitor of swelling and dispersion of clay rocks.

Реагент прост в приготовлении. Его получение связано с утилизацией отхода лесохимического производства, малоэнергоемко, что предопределяет его конкурентоспособность и удешевление обработки буровых растворов. The reagent is easy to prepare. Its receipt is associated with the disposal of waste from chemical production, low energy consumption, which determines its competitiveness and the cost of processing drilling fluids.

Из анализа научно-технической литературы и патентной информации не известно применение в качестве таллового компонента для буровых растворов таллового шлам-лигнина, что позволяет сделать вывод о "новизне" заявляемой композиции. From the analysis of scientific and technical literature and patent information, it is not known to use tall oil sludge-lignin as a tall component for drilling fluids, which allows us to conclude about the "novelty" of the claimed composition.

Получение и использование в качестве добавки в буровые растворы реагента на основе таллового шлам-лигнина, представляющего собой многокомпонентную органо-минеральную не растворимую в воде смесь, и щелочи, усиливающей диспергацию глинистых пород, обеспечивает буровым растворам высокие фильтрационные и смазочные свойства, ингибирующую способность. Достигнутая эффективность связана с образованием специфичных межмолекулярных соединений и стабильных коллоидных структур, увеличением ионной силы гетеросистемы бурового раствора. Эти явления неочевидны, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень". The preparation and use of a reagent based on tall mud-lignin, which is a multicomponent organo-mineral water-insoluble mixture, and alkali, which enhances the dispersion of clay rocks, provides drilling fluids with high filtration and lubricating properties, and inhibitory ability, as an additive to drilling fluids. The achieved efficiency is associated with the formation of specific intermolecular compounds and stable colloidal structures, an increase in the ionic strength of the drilling fluid heterosystem. These phenomena are not obvious, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Заявляемое техническое решение также отвечает и критерию "промышленная применимость", так как предлагаемый реагент может быть использован при бурении скважин уже в настоящее время и приготовлен непосредственно на буровой с использованием стандартного оборудования. The claimed technical solution also meets the criterion of "industrial applicability", since the proposed reagent can be used when drilling wells at the present time and prepared directly on the rig using standard equipment.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого технического решения может быть получен за счет повышения технико-экономических показателей бурения в результате улучшенных смазочных и противоизносных свойств бурового раствора, сокращения затрат времени на борьбу с осложнениями, удушевления обработки бурового раствора. Экологический эффект обусловлен предотвращением загрязнения продуктивных пластов фильтратом бурового раствора, утилизацией промышленного отхода, использованием органогенного биоразлагаемого компонента для реагента. The economic effect of the implementation of the proposed technical solution can be obtained by increasing the technical and economic performance of drilling as a result of improved lubricating and anti-wear properties of the drilling fluid, reducing the time spent on dealing with complications, and stifling drilling fluid treatment. The environmental effect is due to the prevention of contamination of productive formations by mud filtrate, the disposal of industrial waste, and the use of an organogenic biodegradable component for the reagent.

Источники информации:
1. Кистер Э. Г. Химическая обработка буровых растворов. - М.: Недра, 1972, с. 335-358.Sources of information:
1. Kister E. G. Chemical treatment of drilling fluids. - M .: Nedra, 1972, p. 335-358.

2. Булатов А.И. и др. Справочник по промывке скважин. - М.: Недра, 1984, с. 131. 2. Bulatov A.I. and others. A guide to flushing wells. - M .: Nedra, 1984, p. 131.

3. Авторское свидетельство СССР N 1067024, 15.01.1984. 3. Copyright certificate of the USSR N 1067024, 01/15/1984.

Claims

1. A multifunctional reagent for processing drilling fluids, including sludge-lignin and caustic soda, characterized in that as the sludge-lignin it contains tall mud-lignin in the following ratio of ingredients, parts by weight:
Tall lignin sludge - 17 - 18
Caustic Soda - 2 - 3
2. A method of obtaining a multifunctional reagent for processing drilling fluids, comprising mixing sludge-lignin with caustic soda, characterized in that tall sludge-lignin is used as sludge-lignin, and after mixing the mixture is thermostated at 90 - 95 ^o C for 3 - 4 hours

3. A method of obtaining a multifunctional reagent for processing drilling fluids, comprising mixing sludge-lignin with caustic soda, characterized in that tall sludge-lignin is used as sludge-lignin, and after mixing the reaction mixture is kept at 20 - 22 ^o C for 20 - 24 hours