RU2184756C1

RU2184756C1 - Drilling mud for boring long-time frozen rocks

Info

Publication number: RU2184756C1
Application number: RU2001104855/03A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Крылов; Н.Г. Кашкаров; Н.Н. Верховска; Н.Н. Верховская; Е.А. Коновалов; А.Ф. Усынин; А.В. Соколович; Ф.И. Лобанов; В.В. Минибаев; Л.В. Брагина; Н.Н. Насонова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз"
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-07-10

Abstract

FIELD: drilling fluids. SUBSTANCE: low-cost drilling mud containing 5% bentonite clay powder, 0.005- 0.05% water-soluble polymer, and water show apparent-viscosity property, reduced permafrost-thaw ability even at positive temperatures and at low consumption of regents. EFFECT: improved working characteristics. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к составам буровых растворов для бурения многолетнемерзлых пород. The invention relates to the field of well drilling, in particular to compositions of drilling fluids for drilling permafrost.

Известны для бурения в мерзлоте буровые растворы на основе нефти или дизтоплива /патент США 3618680, опубл. 09.12.71/. Однако такие растворы не получили широкого распространения, а используются в особых случаях из-за существенных недостатков: высокой стоимости, пожароопасности, экологической опасности. Эти недостатки могут быть устранены применением растворов на водной основе. Known for drilling in permafrost drilling fluids based on oil or diesel fuel / US patent 3618680, publ. 12/9/71 /. However, such solutions are not widespread, but are used in special cases due to significant shortcomings: high cost, fire hazard, environmental hazard. These disadvantages can be eliminated by the use of water-based solutions.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому раствору является промывочная жидкость для бурения многолетнемерзлых пород, содержащая бентонитовый глинопорошок, водорастворимый полимерстабилизатор (полиакриламид), понизитель температуры замерзания (карбамид), кальцинированную соду и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинопорошок 3-5; полиакриламид 0,05-0,20; карбамид 5-25; кальцинированная сода 0,1-0,5; вода остальное /а.с. СССР МКИ С 09 К 7/02 1046272, опубл. 10.07.83, БИ 37/. К недостаткам известного раствора относится большой расход химреагентов, обусловленная этим его высокая стоимость и экологическая опасность. Кроме того, основное преимущество этого раствора по снижению растепления многолетнемерзлых пород проявляется только при охлаждении его до отрицательной температуры, а это требует специальных аппаратов, серийное производство которых отсутствует. Если известный раствор применять при положительной температуре, то наряду с тепловым разрушением льда в нем наблюдается химическое разрушение за счет большого содержания солей. The closest in technical essence to the claimed solution is a flushing fluid for drilling permafrost containing bentonite clay powder, a water-soluble polymer stabilizer (polyacrylamide), a freezing point reducer (urea), soda ash and water, in the following ratio, wt.%: Clay powder 5; polyacrylamide 0.05-0.20; carbamide 5-25; soda ash 0.1-0.5; water the rest / a.s USSR MKI S 09 K 7/02 1046272, publ. 07/10/83, BI 37 /. The disadvantages of this solution include the high consumption of chemicals, due to this its high cost and environmental hazard. In addition, the main advantage of this solution in reducing the thawing of permafrost rocks is manifested only when it is cooled to a negative temperature, and this requires special apparatuses, which are not mass-produced. If the known solution is used at a positive temperature, then along with the thermal destruction of ice, chemical destruction is observed in it due to the high salt content.

Задача, стоящая при создании изобретения - уменьшение протаивания стенок скважины при бурении многолетнемерзлых пород. The challenge facing the creation of the invention is to reduce the thawing of the walls of the well during drilling of permafrost.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, - создание полимерглинистого раствора с псевдопластичными свойствами, способного снижать растепляемость многолетнемерзлых пород даже при его положительной температуре с небольшим расходом химреагентов, следовательно, экологически малоопасного и имеющего более низкую стоимость, чем растворы-аналоги. The technical result achieved by this invention is the creation of a polymer clay solution with pseudoplastic properties, capable of reducing the thawability of permafrost rocks even at its positive temperature with a low consumption of chemicals, therefore, environmentally friendly and lower cost than similar solutions.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что буровой раствор для бурения многолетнемерзлых пород, содержащий бентонитовый глинопорошок, водорастворимый полимер и воду, в качестве полимера содержит Праестол марок 2510, или 2515, или 2530, или 2540 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Бентонитовый глинопорошок - - 5
Праестол марки:
2510, 2515 - 0,01-0,05
2530, 2540 - 0,005-0,01
Вода - Остальное
Применение Праестола марки 2510, 2515, 2530, 2540 в составе заявляемого бурового раствора позволяет придать ему псевдопластичные свойства, характеризующиеся низким значением показателя нелинейности n степенной реологической модели. При отсутствии циркуляции в таком растворе образуется структура, достаточно прочная для удержания во взвешенном состоянии шлама, создавая минимальное разрушение стенок скважины. При возникновении течения структура быстро разрушается и раствор снова приобретает низкую вязкость. Благодаря ламинарному режиму течения потока, раствор у стенок движется с меньшей скоростью и остается в покое (Джордж Р. Грей, Г.С.Г. Дарли. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей): пер. с англ. - М: 1985 - с. 192-193), образуя пристенный гелеобразный экран, снижающий теплообмен. Этот эффект усиливается охлаждением пристенного слоя бурового раствора при его соприкосновении с многолетнемерзлыми породами, имеющими отрицательную температуру. Проведенные в лаборатории эксперименты по охлаждению растворов с Праестолом марок 2510, 2515, 2530, 2540 до +5^oС (см. табл. поз. 18-21) доказывают, что при этом происходит изменение его параметров: увеличение условной и пластической вязкости, показателя нелинейности n.The task and technical result are achieved in that the drilling fluid for drilling permafrost, containing bentonite clay powder, a water-soluble polymer and water, as a polymer contains Praestol grades 2510, or 2515, or 2530, or 2540 with the following ratio of components, wt.%:
Bentonite Clay Powder - - 5
Praestol brand:
2510, 2515 - 0.01-0.05
2530, 2540 - 0.005-0.01
Water - Else
The use of Praestol brand 2510, 2515, 2530, 2540 as part of the inventive drilling fluid allows you to give it pseudoplastic properties, characterized by a low value of non-linearity index n power rheological model. In the absence of circulation in such a solution, a structure is formed that is strong enough to hold the slurry in suspension, creating minimal destruction of the borehole walls. When a flow occurs, the structure quickly collapses and the solution again acquires a low viscosity. Due to the laminar flow pattern, the solution at the walls moves at a lower speed and remains at rest (George R. Gray, G. S. G. Darley. Composition and properties of drilling agents (flushing fluids): transl. From English. - M: 1985 - S. 192-193), forming a wall-mounted gel-like screen that reduces heat transfer. This effect is enhanced by cooling the near-wall layer of the drilling fluid when it comes into contact with permafrost, which has a negative temperature. The experiments conducted in the laboratory for cooling solutions with Praestol grades 2510, 2515, 2530, 2540 to +5 ^o C (see tab. Pos. 18-21) prove that this changes its parameters: an increase in the conditional and plastic viscosity, index nonlinearity n.

В экспериментах использован Праестол производства ЗАО "Компания Москва-Штокхаузен-Пермь" по ТУ 2216-001-40910172-98 марок 2510, 2515, 2530. 2540. Согласно ТУ 2216-001-40910172-98 Праестолы марок 2510, 2515, 2530, 2540 являются анионными сополимерами акриламида и сомономера на основе акриловой кислоты (например, акрилата натрия). Эти полимеры имеют одинаковый характер заряда (анионный), одинаковую молекулярную массу (14•10⁶). Содержание ионоактивного сополимера возрастает в следующем ряду: 2540>2530>2515>2510. Основное назначение полимера - придание раствору псевдопластичных свойств, а также уменьшение фильтрационных свойств. В рецептуре бурового раствора применен бентонитовый глинопорошок с выходом 9 м³/т для создания первоначальной структуры и формирования глинистой корки.In the experiments, the Praestol of the production of the Company Moscow-Stockhausen-Perm CJSC according to TU 2216-001-40910172-98 of grades 2510, 2515, 2530. 2540 was used. According to TU 2216-001-40910172-98 Praestols of grades 2510, 2515, 2530, 2540 are anionic copolymers of acrylamide and comonomer based on acrylic acid (e.g. sodium acrylate). These polymers have the same nature of the charge (anionic), the same molecular weight (14 • 10 ⁶ ). The content of ion-active copolymer increases in the following row: 2540>2530>2515> 2510. The main purpose of the polymer is to impart pseudoplastic properties to the solution, as well as decrease filtration properties. Bentonite clay powder with a yield of 9 m ³ / t was used in the drilling fluid formulation to create the initial structure and form a clay crust.

Для экспериментальной проверки заявляемого бурового раствора в лабораторных условиях были приготовлены 17 составов (см. табл., поз.2-17). Технология их приготовления сводится к следующему. В стакан смесительной установки "Воронеж" наливается 800 мл воды и вводится в нее расчетное количество бентонитового глинопорошка. Раствор оставляется на 24 ч при комнатной температуре для гидратации и набухания глинистых частиц. Затем этот раствор перемешивается в течение одного часа при скорости 3000 об/мин. Полученная глинистая суспензия обрабатывается расчетным количеством Праестола и перемешивается на миксере при той же скорости в течение 30 минут, после чего замеряются ее технологические параметры на стандартных приборах. Раствор прототипа также приготовлен в лабораторных условиях и замерены его технологические параметры (пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, показатель нелинейности), отсутствующие в описании прототипа. For experimental verification of the inventive drilling fluid in laboratory conditions, 17 formulations were prepared (see table, pos. 2-17). The technology of their preparation is as follows. 800 ml of water is poured into a glass of the Voronezh mixing plant and the calculated amount of bentonite clay powder is introduced into it. The solution is left for 24 hours at room temperature to hydrate and swell clay particles. Then this solution is stirred for one hour at a speed of 3000 rpm. The resulting clay suspension is treated with a calculated amount of Praestol and mixed on a mixer at the same speed for 30 minutes, after which its technological parameters are measured on standard instruments. A solution of the prototype is also prepared in laboratory conditions and measured its technological parameters (plastic viscosity, dynamic shear stress, non-linearity index), which are absent in the description of the prototype.

Анализ таблицы показывает, что оптимальные значения параметров бурового раствора (в т.ч. снижение показателя нелинейности n в 1,2-4,0 раза) в сравнении с прототипом достигается при соотношении компонентов, мас.%:
Бентонитовый глинопорошок - 5
Праестол марки:
2510, 2515 - - 0,01-0,05
2530, 2540 - - 0,005-0,01
Вода - Остальное
Сравнение заявляемого состава раствора с прототипом позволяет говорить о значительно меньшем расходе химреагентов (суммарный расход химреагентов 0,005-0,05% в заявляемом составе, а в составе прототипа - 5,15-30,5%). Это обстоятельство обусловливает экономическую целесообразность применения заявляемого бурового раствора, а также его экологическую безопасность. Согласно ТУ 2216-001-409101-98 Праестол относится к малоопасным веществам, 4 класса опасности, трудновоспламеняемым и взрывобезопасным.Analysis of the table shows that the optimal values of the parameters of the drilling fluid (including a decrease in the non-linearity index n by 1.2-4.0 times) in comparison with the prototype is achieved with a ratio of components, wt.%:
Bentonite Clay Powder - 5
Praestol brand:
2510, 2515 - - 0.01-0.05
2530, 2540 - - 0.005-0.01
Water - Else
Comparison of the claimed composition of the solution with the prototype allows us to talk about a significantly lower consumption of chemicals (total consumption of chemicals 0.005-0.05% in the inventive composition, and in the prototype 5.15-30.5%). This fact determines the economic feasibility of using the inventive drilling fluid, as well as its environmental safety. According to TU 2216-001-409101-98 Praestol belongs to low-hazard substances, 4 hazard classes, flame-resistant and explosion-proof.

Буровой раствор для бурения многолетнемерзлых пород с полимерами марки Праестол марок 2510, 2515, 2530, 2540 готовится к опытно-промышленным испытаниям. Drilling fluid for drilling permafrost with polymers of the Praestol brand of grades 2510, 2515, 2530, 2540 is being prepared for pilot testing.

Claims

Drilling fluid for drilling permafrost, containing bentonite clay powder, a water-soluble polymer and water, characterized in that as a polymer it contains Praestol grades 2510, or 2515, or 2530, or 2540 in the following ratio of components, wt. %:
Bentonite Clay Powder - 5
Praestol brand:
2510, 2515 - 0.01-0.05
2530, 2540 - 0.005-0.01
Water - Else