RU2118647C1

RU2118647C1 - Clay powder for drilling fluids

Info

Publication number: RU2118647C1
Application number: RU96107157/03A
Authority: RU
Inventors: В.А. Полубабкин; Н.Г. Кашкаров; А.В. Сандаков; В.И. Кузнецов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Бентонит Урала"
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: drilling fluids. SUBSTANCE: clay powder contains 68.5-84.0% of subbentonite clay, 1.0-1.5% of sodium carbonate, and 15.0-30.0% of chamber or low-quality chrysotile asbestos. Such composition allows preparing drilling fluids with low plasticity coefficient, low filtration, and high yield. EFFECT: improved working characteristics of drilling fluids. 2 tbl

Description

Изобретение относится к материалам для буровых растворов, используемым при бурении скважин. The invention relates to materials for drilling fluids used in drilling wells.

Технологически и экономически более выгодно использовать глинопорошки из высококачественных бентонитов, т. к. они позволяют облегчить и ускорить приготовление бурового раствора, снизить затраты на транспортировку, получить растворы высокого качества с низким содержанием твердой фазы. Однако в настоящее время сложилась ситуация, что все месторождения натриевых бентонитов остались за пределами России (Грузия, Армения, Средняя Азия, Украина). Глины на территории России, в основном, представляют собой кальциевые суббентониты с малыми выходами раствора. Поэтому актуальным вопросом остается производство высококачественных глинопорошков из низкосортных комовых глин. В процессе производства глинопорошков возможно повышение их качества путем обработки глин различными реагентами во время помола. It is technologically and economically more profitable to use clay powders from high-quality bentonites, since they make it easier and faster to prepare drilling mud, reduce transportation costs, and obtain high-quality solutions with a low solids content. However, the current situation is that all deposits of sodium bentonite remained outside of Russia (Georgia, Armenia, Central Asia, Ukraine). Clays on the territory of Russia are mainly calcium subbentonites with low solution yields. Therefore, the production of high-quality clay powders from low-grade lump clays remains an urgent issue. During the production of clay powders, it is possible to increase their quality by treating clays with various reagents during grinding.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому составу глинопорошка является глинопорошок, содержащий глину 93,1 - 98,8%, окись магния 0,5 - 3,0%, сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты или метас, или высоковязкую КМЦ 0,2 - 0,9%, карбонат натрия 0,5 - 3,0%. Следует отметить, что применение известных модифицирующих добавок в известном соотношении улучшает выход раствора в значительной степени из бентонитовых глин (табл. 1, 2 прототипа). The closest in technical essence to the claimed composition of the clay powder is clay powder containing clay 93.1 - 98.8%, magnesium oxide 0.5 - 3.0%, a copolymer of methyl methacrylate and methacrylic acid or metas, or highly viscous CMC 0.2 - 0 , 9%, sodium carbonate 0.5 - 3.0%. It should be noted that the use of known modifying additives in a known ratio improves the yield of the solution to a large extent from bentonite clays (tab. 1, 2 of the prototype).

Остается актуальной задача по созданию глинопорошка из суббентонитовых глин с высоким выходом, низким коэффициентом тиксотропии. The task of creating clay powder from subbentonite clays with a high yield and a low thixotropy coefficient remains relevant.

Решение задачи может быть достигнуто созданием глинопорошка, состоящего из суббентонитовой глины, карбоната натрия и добавки, отличающегося тем, что в качестве добавки он содержит хризотил-асбест камерных или низших сортов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
суббентонтовая глина - 68,5 - 84,0
карбонат натрия - 1,0 - 1,5
хризотил-асбест камерных или низших сортов - 15,0 - 30,0
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав глинопорошка отличается от известного тем, что содержит другие компоненты и в других соотношениях. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизны".The solution to the problem can be achieved by creating clay powder, consisting of subbentonite clay, sodium carbonate and additives, characterized in that as an additive it contains chrysotile asbestos chamber or lower grades in the following ratio of components, wt.%:
subbentont clay - 68.5 - 84.0
sodium carbonate - 1.0 - 1.5
chrysotile asbestos chamber or lower grades - 15.0 - 30.0
Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed composition of the clay powder differs from the known one in that it contains other components and in different ratios. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Асбест камерных или низших сортов является многотоннажным дешевым минеральным продуктом. Его химический состав можно представить следующим образом: SiO₂ 35 - 42%; MgO 35 - 38%; Al₂O₃ 1,0 - 1,5%; Fe₂O₃ до 5,5%; CaO 1,3 - 2,1%; SO₃ 0,2 - 0,25%.Chamber asbestos or lower grades is a large tonnage cheap mineral product. Its chemical composition can be represented as follows: SiO ₂ 35 - 42%; MgO 35 - 38%; Al ₂ O ₃ 1.0 - 1.5%; Fe ₂ O ₃ up to 5.5%; CaO 1.3-2.1%; SO ₃ 0.2 - 0.25%.

По гранулометрическому составу характеризуется содержанием продукта крупностью менее 16,35 мм, в т.ч. менее 0,25 мм в количестве 13 - 25%. According to the particle size distribution, it is characterized by the content of the product with fineness of less than 16.35 mm, including less than 0.25 mm in an amount of 13 - 25%.

Известно применение хризотил-асбеста (в том числе и низших сортов) в качестве структурообразователя буровых растворов [3]. Введение этого компонента в раствор происходит в условиях буровой путем добавок в циркуляционную систему или приготовления асбестовой пульпы, т.е. не происходит предварительного взаимодействия компонентов между собой. Использование хризотил-асбеста в оптимизированном составе глинопорошка совместно с карбонатом натрия позволяет ему выступить в качестве модификатора глинистой фазы. Оптимальный гидрофильно-гидрофобный баланс поверхности глинистых частиц, обеспечивающий увеличение выхода раствора с уменьшением фильтрации с получением оптимального значения коэффициента тиксотропии достигается сочетанием ионообменных и адсорбционных процессов глины с карбонатом натрия и окисями, входящими в состав хризотил-асбеста. It is known the use of chrysotile asbestos (including lower grades) as a builder of drilling fluids [3]. The introduction of this component into the solution occurs under drilling conditions by adding to the circulation system or preparing asbestos pulp, i.e. there is no preliminary interaction of the components with each other. The use of chrysotile asbestos in an optimized composition of clay powder together with sodium carbonate allows it to act as a modifier of the clay phase. The optimal hydrophilic-hydrophobic balance of the surface of clay particles, which ensures an increase in the yield of the solution with a decrease in filtration to obtain the optimal thixotropy coefficient, is achieved by a combination of ion-exchange and adsorption processes of clay with sodium carbonate and oxides that are part of chrysotile asbestos.

Таким образом, хризотил-асбест, добавляемый в состав глинопорошка до его размола, выступает в новом качестве, а заявляемый состав компонентов придает буровому раствору новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию изобретательский уровень. Thus, chrysotile asbestos, added to the composition of the clay powder before grinding, appears in a new quality, and the claimed composition of the components gives the drilling fluid new properties, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of inventive step.

Комовую глину естественной влажности дробят до размеров куска не более 15 мм, пересыпают слоями хризотил-асбеста и карбоната натрия в заявляемом соотношении, выдерживают в течение 2 - 3 суток, подсушивают до влажности 8 - 10% и измельчают в дисковой или шаровой мельнице. В табл. 1 представлены свойства глинистых суспензий, полученных из глинопорошка заявляемого состава при различных соотношениях компонентов. Lump clay of natural moisture is crushed to a piece no more than 15 mm in size, sprinkled with layers of chrysotile asbestos and sodium carbonate in the claimed ratio, kept for 2 to 3 days, dried to a moisture content of 8 to 10% and ground in a disk or ball mill. In the table. 1 presents the properties of clay suspensions obtained from clay powder of the claimed composition at various ratios of components.

В опытах 3 - 12 использован суббентонит Богандинского месторождения Тюменской области. В качестве хризотил-асбеста использован асбест марки К-6-30. Из глинопорошков готовился буровой раствор путем диспергирования в воде на миксере "Воронеж" в течение 30 минут. Свойства получаемых глинистых суспензий замерены на стандартных приборах. Свойства глинистых суспензий для прототипа взяты из табл. 2 (для суббентонитовой глины описания) [1]. In experiments 3-12, subbentonite of the Bogandinsky deposit of the Tyumen region was used. As chrysotile asbestos, K-6-30 brand asbestos was used. Drilling fluid was prepared from clay powders by dispersion in water on a Voronezh mixer for 30 minutes. The properties of the resulting clay suspensions are measured on standard instruments. The properties of clay suspensions for the prototype are taken from table. 2 (for subbentonite clay description) [1].

Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что заявляемый состав глинопорошка при указанном соотношении позволяет получить суспензию с более низким коэффициентом тиксотропии (1,0 - 1,06) и более высоким выходом (6,1 - 14,6 м³/т), чем для прототипа (коэффициент тиксотропии 1,2 - 1,3, выход раствора 5,0 - 5,8 м³/т).The data table. 1 indicate that the claimed composition of the clay powder at the specified ratio allows to obtain a suspension with a lower coefficient of thixotropy (1.0 - 1.06) and a higher yield (6.1 - 14.6 m ³ / t) than for the prototype (thixotropy coefficient 1.2 - 1.3, solution yield 5.0 - 5.8 m ³ / t).

В табл. 2 приводятся технологические параметры растворов из глинопорошка заявляемого состава, обработанных полимерами. Небольшое содержание твердой фазы позволяет получать суспензию с удовлетворительными технологическими параметрами: низкой фильтрацией, хорошими структурными показателями, тонкой плотной коркой, обладающей низким коэффициентом трения по ФСК-2. In the table. 2 shows the technological parameters of solutions of clay powder of the claimed composition, treated with polymers. The low solids content allows you to get a suspension with satisfactory technological parameters: low filtration, good structural characteristics, a thin dense crust, having a low coefficient of friction according to FGC-2.

Совместное применение хризотил-асбестаа и бикарбоната натрия в заявляемом методе позволяет обнаружить их синергетическое влияние на увеличение выхода раствора (см. табл. 1). The combined use of chrysotile asbestos and sodium bicarbonate in the inventive method allows us to detect their synergistic effect on increasing the yield of the solution (see table. 1).

Таким образом, экономический эффект может быть получен на стадии использования глинопорошка за счет снижения транспортных расходов, повышения скорости бурения и снижения расхода реагентов. Thus, the economic effect can be obtained at the stage of using clay powder by reducing transportation costs, increasing the drilling speed and reducing the consumption of reagents.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1331879, МКИ C 09 R 7/00, 1987,
2. Баш C. М. и др. Асбестовые буровые растворы. М., ВНИИгазпром, 1986 (обзорная информация, сер. Бурение газовых и газоконденсатных скважин, вып. 4).Sources of information
1. USSR author's certificate N 1331879, MKI C 09 R 7/00, 1987,
2. Bash C. M. et al. Asbestos drilling fluids. Moscow, VNIIgazprom, 1986 (overview information, ser. Drilling gas and gas condensate wells, issue 4).

Claims

Clay powder for drilling fluids, consisting of subbentonite clay, sodium carbonate and additives, characterized in that as an additive it contains chrysotile asbestos chamber or lower grades in the following ratio of components, wt.%:
Subbentonite clay - 68.5 - 84.0
Sodium carbonate - 1.0 - 1.5
Chrysotile asbestos chamber or lower grades - 15.0 - 30.0d