БУРОВОЙ РАСТВОР
DRILLING FLUID

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности, к буровым растворам, и может найти применение при бурении относительно устойчивых и устойчивых трещиноватых пород, а также слабоустойчивых и относительно устойчивых пород, слабодиспергирующихся пород, и особенно для непоглощающих пород.
Известен буровой раствор (Патент РФ № 2230092, опубл. 2004.10.06), включающий крахмал, полученный из корнеплодов, причем указанный крахмал содержит фактически только амилопектиновые молекулы. В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанный крахмал получают из генетически модифицированного свободного от амилозы картофеля.
Недостатком известного состава является то, что происходит воздействие микроорганизмов, таких как плесень, грибки или бактерии, которые провоцируют ферментативное разложение, загнивание. В ходе этого процесса образуются газообразные вещества, понижающие рН раствора и вызывающие его вспенивание, восстановление качественных характеристик бурового раствора после начала процесса загнивания невозможно.
Известен буровой раствор для строительства скважин в неустойчивых глинистых и несцементированных грунтах и способ его получения (патент РФ № 2704658, опубл. 2019.11.04). Буровой раствор для строительства скважин в неустойчивых глинистых и несцементированных грунтах включает, мас.%: монтмориллонитовый глинопорошок - 6; полианнионную целлюлозу - 0,4; воду - остальное.
Недостатком данного бурового раствора является то, что для контроля водоотдачи добавление полианнионной целлюлозы имеет ограничения при высоких температурах, высокой солености или твердости, а также при добавлении увеличивается вязкость бурового раствора.
Известен катионноингибирующий буровой раствор (патент РФ№ 2492208, опубл. 2013.09.10) содержащий мас.%: глинопорошок - 5-8; полиэлектролит ВПК-402 7-15; воду - остальное для бурения нефтяных и газовых скважин, преимущественно для бурения неустойчивых глинистых пород и вскрытия продуктивных пластов.
Недостатком данного бурового раствора является то, что предел термической стабильности полиэлектролита максимально составляет +60 °С, соответственно для бурения глубоких скважин начиная от 1,5 км при температуре +70°С полиэлектролит дефлокулирует глину.
Известен буровой раствор (патент РФ № 2103313, опубл. 1998.01.27), в его состав включается глина, полиакриламид, кальцинированная сода и вода при следующем содержании компонентов, мас. %: глина - 40-60; полиакриламид - 0,018; кальцинированная сода - 0,5; вода - остальное.
Недостатком бурового раствора является добавление в состав полиакриламида, который при высокой температуре на глубине скважины подвергается термической деструкции, образуя комки и оседая на дно скважины, вызывает повышение текучести бурового раствора.
Известен буровой раствор для бурения многолетнемерзлых пород (патент РФ № 2184756, опубл. 2002.07.10), принятый за прототип. Буровой раствор содержит 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.
Недостатком бурового раствора является его неэкологичность ввиду того, что полиакриламид имеет очень высокую молекулярную массу, и может подвергаться разложению с помощью различных механизмов, значительно увеличивая его подвижность и потенциально приводя к высвобождению мономера акриламида, известного токсина и потенциального канцерогена.
Техническим результатом является получение термически стабилизированного бурового раствора с уменьшением фильтрационных потерь и улучшением реологических свойств.
Технический результат достигается тем, что в качестве глиносодержащего вещества содержит сапонитовый глинистый шлам с концентрацией твердых веществ от 80 до 100 г/л, содержащий сапонит от 30 до 75 мас.%, и дополнительно - сульфат глыбу натриевую при следующем соотношении компонентов, мас.%:
сапонит
8,20-10
сульфат глыба натриевая
0,27-0,94
вода
остальное
Заявляемый буровой раствор включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие:
сапонитовый глинистый шлам – 8,20 - 10,0 %, класс опасности – IV по ГОСТ 12.1.007-76;
сульфат глыба натриевая – 0,27 - 0,94 %, класс опасности – IV по ГОСТ 12.1.007-76;
вода техническая – остальное, класс опасности – IV по ГОСТ 23732-79.
Сапонитовый глинистый шлам используется в качестве коркообразующей основы, а также структурообразовательного регулятора тиксотропных свойств бурового раствора, т.е. повышение удерживающей и транспортирующей способностей.  Указанный шлам образуется при обогащении алмазоносной руды и складируется в хвостохранилище предприятия, шлам представляет собой суспензию глинистых минералов, в основном глинистого минерала сапонита ≈ от 30 до 75%, остальное вода.
2
4
2
3
Добавление сульфата глыбы натриевой необходимо для снижения водоотдачи растворов, повышения вязкости и статического напряжения сдвига. Сульфат глыба натриевая представляет собой мелкодисперсный белый порошок, растворимый в воде, является отходом алюминиевой промышленности и представляет собой смесь NaSO – 80%, NaCO и примеси в виде алюминия - остальное.
Вода техническая служит основой, т. е. дисперсионной средой для получения бурового раствора.
Буровой раствор приготавливается следующим образом. Из сапонит основы с концентрацией 318 г/л, которую разбавляют водой до содержания твердого 80 г/л, убирается мелкодисперсный абразив, после чего при перемешивании со скоростью оборотов мешалки от 800 до 1100 об/мин добавляется от 2 до 7 г сульфата глыбы натриевой, далее происходит перемешивание полученного раствора в течение от 20 до 60 мин. со скоростью импеллера мешалки от 800 до 1100 об/мин.
Способ приготовления бурового раствора.
Пример 1. В сапонитовый глинистый шлам с концентрацией твердого от 80 до 100 г/л вводилось при промешивании 10 г сульфат глыбы натриевой и процесс перемешивания производился в течение от 20 до 60 мин. со скоростью импеллера мешалки от 800 до 1100 об/мин. После чего были измерены все параметры бурового раствора. Результаты полученных технологических параметров представлены в табл. 1.
Пример 2. В сапонитовый глинистый шлам с концентрацией твердого от 80 до 100 г/л вводилось при промешивании 7 г сульфат глыбы натриевой и процесс перемешивания производился в течение от 20 до 60 мин. со скоростью импеллера мешалки от 800 до 1100 об/мин. После чего были измерены все параметры бурового раствора. Результаты полученных технологических параметров представлены в табл. 1.
Пример 3. В сапонитовый глинистый шлам с концентрацией твердого от 80 до 100 г/л вводилось при промешивании 6 г сульфата глыбы натриевой и процесс перемешивания производился в течение от 20 до 60 мин. со скоростью импеллера мешалки от 800 до 1100 об/мин. После чего были измерены все параметры бурового раствора. Результаты полученных технологических параметров представлены в табл. 1.
Пример 4. В сапонитовый глинистый шлам с концентрацией твердого от 80 до 100 г/л вводилось при промешивании 5 г сульфата глыбы натриевой и процесс перемешивания производился в течение от 20 до 60 мин. со скоростью импеллера мешалки от 800 до 1100 об/мин. После чего были измерены все параметры бурового раствора. Результаты полученных технологических параметров представлены в табл. 1.
Пример 5. В сапонит с концентрацией твердого от 80 до 100 г/л вводилось при промешивании 4 г сульфата глыбы натриевой и процесс перемешивания производился в течение от 20 до 60 мин. со скоростью импеллера мешалки от 800 до 1100 об/мин. После чего были измерены все параметры бурового раствора. Результаты полученных технологических параметров представлены в табл. 1.
Пример 6. В сапонитовый глинистый шлам с концентрацией твердого от 80 до 100 г/л вводилось при промешивании 3 г сульфата глыбы натриевой и процесс перемешивания производился в течение от 20 до 60 мин. со скоростью импеллера мешалки от 800 до 1100 об/мин. После чего были измерены все параметры бурового раствора. Результаты полученных технологических параметров представлены в табл. 1.
Пример 7. В сапонитовый глинистый шлам с концентрацией твердого от 80 до 100 г/л вводилось при промешивании 2 г сульфата глыбы натриевой и процесс перемешивания производился в течение от 20 до 60 мин. со скоростью импеллера мешалки от 800 до 1100 об/мин. После чего были измерены все параметры бурового раствора. Результаты полученных технологических параметров представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Технологические параметры бурового раствора
Состав раствора
Технологические параметры
ρ, кг/м<sup>3</sup>
Т, с
СНС<sub>1/10</sub>, дПа
Ф, см<sup>3</sup>/30 мин.
К, мм
η, сПз
τ<sub>0</sub>, дПа
рН
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Состав прототипа:бентонит – 5%Праестол 2510 – 0,01%вода – остальное.
1030
19
27/30
15
1,3
6
43
8,97
Раствор 1 заявляемого состава:сапонит – 8,20%СГН – 1,34%вода – 90,46%.
1060
92
158/168
42
4
2
197
9,0
Раствор 2 заявляемого состава:сапонит – 8,2%СГН – 0,94%вода – 90,86%.
1070
23
72/120
36
1,5
7
53
9,0
Раствор 3 заявляемого состава:сапонит – 8,2%СГН – 0,81%вода – 90,99%.
1060
26
58/67
50
1,5
2
120
8,9
Раствор 4 заявляемого состава:сапонит – 8,2%СГН – 0,68%вода – 91,12%.
1070
21
48/96
36
1,3
3
53
8,9
Раствор 5 заявляемого состава:сапонит – 8,2%СГН – 0,54%вода – 91,26%.
1050
21
48/76
32
1,5
3
53
8,9
Раствор 6 заявляемого состава:сапонит – 8,2%СГН – 0,41%вода – 91,39%.
1060
19
34/58
34
1,3
3
38
8,9
Раствор 7 заявляемого состава:сапонит – 8,2%СГН – 0,27%вода – 91,53%.
1050
18
19/34
34
1
3
24
8,9
Из таблицы 1 видно, что сульфат глыба натриевая при взаимодействии с глинистым минералом сапонитом выступает в качестве ингибитора, увеличивая скорость «пропитки», за счёт того, что ионы натрия относительно легко проникают в межплоскостное пространство глинистых минералов и выполняют роль «ионных насосов», закачивающих воду.
Таким образом, буровой раствор за счёт введения сульфат глыбы натриевой обладает улучшенными структурно-реологическими свойствами при рабочем диапазоне дозировки сульфат глыбы натриевой в количестве мас.% от 0,27 до 0,94 в приготовленный сапонитовый глинистый шлам, при этом происходит коркообразование толщиной от 1 до 1,5 мм, это ведёт к повышению фильтрационных свойств бурового раствора, повышается вязкость и предельное статистическое напряжение сдвига бурового раствора.