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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Bohrspülflüssigkeiten (Spültrüben), welche beim
Bohren von Bohrlöchern verwendet werden.
Durch das Hineinfallen verschiedener Gesteine, durch das Schichtwasser und die Einwirkungen von
Temperatur und andern Faktoren verschlechtern sich beim Bohren von Bohrlöchern die Eigenschaften der
Spülflüssigkeiten, verringert sich die statische Schubspannung, vergrössert sich die Wasserabgabe usw. In- folgedessen wird der Bohrprozess komplizierter und es ergeben sich Notsituationen. Von den physikalisch- chemischen Eigenschaften der Spülflüssigkeiten hängt die Vortriebsgeschwindigkeit ab. Die Verbesserung der Kennwerte der Spülflüssigkeiten wird gewöhnlich durch eine chemische Behandlung derselben-durch
Einführen von Reagenzien, wie Stabilisatoren, Mitteln zur Herabsetzung der Wasserabgabe usw. - erreicht (s. das Buch von A. I. Bulatow, N. P. Kruglizkij, N. A. Mariampol'skijundW. I.
Rjabtschenko"Spülflüssigkei- ten und Zementierungslösungen").
Nachteilig beider chemischen Behandlung sind die Giftigkeit und die hohen Kosten der verwendeten Rea- genzien. Ausserdem können die Reagenzien, welche zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften der Spül- flüssigkeit eingeführt werden, sich auf andere Eigenschaften negativ auswirken, was wieder die Verwendung zusätzlicher Reagenzien notwendig macht. Um die notwendigen Eigenschaften der Spülflüssigkeit zu erhalten, ist es manchmal notwendig, bis zu 5 bis 6 Arten verschiedener Reagenzien einzuführen.
Eine solche Behandlung verlangt viel Zeit für das Übergehen der Spülflüssigkeit aus einem Zustand in den andern. Nicht immer führt die chemische Behandlung zur Steigerung derAktivität der Spülflüssigkeit.
Bekannt sind auch mechanische Behandlungen von Spülflüssigkeiten, z. B. mit Hilfe von Fräs-Strahl-
Mühlen (s. Erfinderzeugnis der UdSSR Nr. 300588, Klasse E 2121/00). Aber die Behandlung mit Hilfe dieser
Mühle erlaubt es nicht, die Eigenschaften der Spülflüssigkeit in den verlangten Grenzen zu regeln und lässt sich schwer automatisieren.
Eine mechanische Behandlung mit relativ schwachen Impulsen erzeugt keine mechanochemischen Effekte. Ein solches Verfahren ist unbrauchbar und die Leistung der verwendeten Anlage ist sehr gering, weil sie nicht kontinuierlich mit Rohstoff beschickt werden kann.
Zweck der Erfindung ist die Verkürzung der Zeit und die Steigerung der Wirksamkeit der Behandlung von Spülflüssigkeiten, Erhöhung der physikalisch-chemischen Aktivität der Spülflüssigkeit bei minimalem Verbrauch chemischer Reagenzien mit der Möglichkeit einer automatischen Regelung der Kennwerte der Spülflüssigkeit und derArbeitsweisewährend des Bohrens von Bohrlöchern, sowie die Verkürzung der Bohrzeit und die Erhöhung der Standzeit der gesteinszerstörenden Werkzeuge.
Das gesteckte Ziel wird dadurch erreicht, dass die Spülflüssigkeit in einer Anlage aktiviert wird, welche die Einwirkung relativ grosser und rasch aufeinanderfolgender mechanischer Impulse auf die Spülflüssigkeit, die in einen Schwebezustand, z. B. im Desintegrator, gebracht wurde, gewährleistet, wobei die aktivierende Kraft der mechanischen Impulse automatisch reguliert wird, u. zw. unter Berücksichtigung der beim Bohren sich verändernden Eigenschaften sowie der verlangten Kennwertegrössen der Spülflüssigkeit.
Die Eigenschaften der Spülflüssigkeit werden mit Hilfe von bekannten, vorwiegend automatisierten Expressanalysen bestimmt. Automatisch werden auch die mechanischen Behandlungsweisen bestimmt, wobei man vom Grad der Verschlechterung der Eigenschaften der Spülflüssigkeit und von den Anforderungen an ihre Eigenschaften unter konkreten Bohrbedingungen ausgeht. Als Eingangs-Kennwert der Eigenschaften der Spülflüssigkeit kann man hiebei z. B. deren Kennwert für die Wasserabgabe annehmen. Die notwendige Umlaufweise des Arbeitsorgans der aktivierenden Anlage, z. B. der Desintegrator-Rotoren, durch welches die Spülflüssigkeit kontinuierlich durchgelassen wird, wird automatisch mit Hilfe eines Rechners, z. B. eines elektronischen Rechners, der den Prozess der Behandlung der Spülflüssigkeit steuert, bestimmt.
Die Abhängigkeit des Kennwertes der Wasserabgabe, welcher die Güte der Spülflüssigkeit kennzeichnet, von der Intensität der Behandlung im Aktivator (Zusammenstossgeschwindigkeit) wird aus der folgenden, im Rechner programmierten mathematischen Formel bestimmt :
EMI1.1
dabei bedeutet :
B (cam3) Wasserabgabe nach der Behandlung
Bo (cam3) Wasserabgabe vor der Behandlung e Basis des natürlichen Logarithmus v (m/sec) Zusammenstossgeschwindigkeit der Schwebeteilchen k empirischer Koeffizient.
Die Grösse des empirischen Koeffizienten "k" wird aus der Formel
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EMI2.1
bestimmt, wobei d (mm) der Durchmesser der Arbeitszone der
Rotoren eines Aktivators mit zwei Ro- toren, z. B. eines Desintegrators ist ; n, + n2 (U/min) Summe der Umlaufgeschwindigkeit der
Rotoren ;
EMI2.2
1 2 beiIn natürlicher Logarithmus.
Infolge starker, rasch aufeinanderfolgender mechanischer Impulse bei Zusammenstoss von Schwebeteil- chen der Spülflüssigkeit mit den Arbeitsorganen gehen mechanochemische Prozesse vor sich, welche zur
Steigerung der physikalisch-chemischen Aktivität der Spülflüssigkeit und im besonderen, zum Auftreten
Radikale führen. Die Steigerung der Aktivität führt nicht nur zur Erhöhung der Fähigkeit zur Strukturbildung, sondern auch zur aktiven Einwirkung der Spülflüssigkeit auf den Prozess der Gesteinszerstörung beim Boh- ren. Die Aktivierung führt auch zur Vermehrung der Menge gebundenen Wassers und dadurch zur Bildung stabilerLösungenmitgeringerWasserabgabeunddennotwendigenstruktur-mechanischenEigenschaften, die man in benötigten Grenzen durch Veränderung der Arbeitsweise des Aktivators regelt.
Nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren wurden verschiedene Arten von Spülflüssigkeiten behandelt, u. zw. mit Ton aus verschiedenen Gruben frischzubereitete, als auch mit aus Bohrlöchern kommenden, den verlangten Bedingungen nicht entsprechenden Spülflüssigkeiten. In den Tabellen I und II sind die Ergebnisse zusammengefasst, welche bei der Behandlung der Spülflüssigkeiten nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren erhalten wurden.
Aus der Tabelle I ersieht man, dass es die Behandlung von aus Klumpenton verschiedener Gruben hergestellten Spülflüssigkeiten nach den hier vorgeschlagenen Verfahren möglich macht, in Abhängigkeit von der regelbaren Intensität der Behandlungsweise, die Wasserabgabe der Spülflüssigkeit von 31 bis auf 10 cm 3 (Grube Nr. 1) und von 38 bis auf 10 cm (Grube Nr. 2) zu verringern. Hiebei verbessern sich die strukturmechanischen Eigenschaften der Spülflüssigkeit wesentlich : die statische Schubspannung nimmt von 15/15 bis auf210/210 mg/cm2 bzw. von 27/27 bis auf 180/200 mg/cm2 zu.
Es erhöht sich auch die Zähigkeit, was besonders wichtig ist beim Bohren unter komplizierten geologischen Bedingungen, d. h. in Erdrutsch-und Sorptions-Zonen. Die angeführten Daten zeigen eine deutliche Verbesserung der Eigenschaften der Spülflüssigkeit durch eine Behandlung nach den hier vorgeschlagenen Verfahren ohne Anwendung von chemischen Reagenzien.
In der Tabelle II sind die Ergebnisse der Untersuchung über den Einfluss der Behandlung nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren von Spülflüssigkeiten, die unmittelbar verschiedenen Bohrlöchern bei verschiedenen Sohlen entnommen wurden, zusammengestellt.
Im vorliegenden Fall wird es durch das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht, die ursprünglichen Kennwerte der verdorbenen Spülflüssigkeiten wiederherzustellen.
Die nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren behandelten Bohrspülflüssigkeiten wurden auf Stabilität der Kennwerte bei Dauerlagerung und Wärmebehandlung geprüft. Die Ergebnisse zeigten, dass sich nach 30 Tagen sowie bei einer Wärmebehandlung bei 1700C und einem Betrieb von 2 + 4 + 2 h die Kennwerte der behandelten Spülflüssigkeiten nur geringfügig änderten.
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Tabelle I : Einfluss der Behandlung nach dem erfindungsgemässen Verfahren auf die Eigenschaften von frischbereiteten
Bohrflüssigkeiten
EMI3.1
<tb>
<tb> Laufende <SEP> Behandlung <SEP> Technologische <SEP> Kennwerte <SEP> der
<tb> Nr. <SEP> Spülflüssigkeit
<tb> ja/nein <SEP> Maximale <SEP> Spez. <SEP> Gewicht <SEP> Zähigkeit, <SEP> Wasser-Statische <SEP> pH-Wert <SEP>
<tb> Zusammenstoss-g/cm <SEP> sec <SEP> abgäbe <SEP> Sohub- <SEP>
<tb> geschwindigkeit <SEP> cm <SEP> ? <SEP> Spannung <SEP>
<tb> m/sec <SEP> nach <SEP> 1 <SEP> und <SEP>
<tb> 10 <SEP> min
<tb> mg/cm2
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP>
<tb> Spülflüssigkeiten <SEP> mit <SEP> Ton <SEP> aus <SEP> Grube <SEP> Nr.
<SEP> l
<tb> 1 <SEP> nein <SEP> - <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 19, <SEP> 0 <SEP> 31, <SEP> 0 <SEP> 15/15 <SEP> 7, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 2 <SEP> ja <SEP> 30, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 22, <SEP> 0 <SEP> 24, <SEP> 0 <SEP> 27/30 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 3 <SEP> ja <SEP> 60, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 24, <SEP> 0 <SEP> 20, <SEP> 0 <SEP> 66/75 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 4 <SEP> ja <SEP> 91, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 30, <SEP> 0 <SEP> 15, <SEP> 0 <SEP> 90/103 <SEP> 8, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 5 <SEP> ja <SEP> 182,2 <SEP> 1,12 <SEP> nicht <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP> 210/ > 210 <SEP> 8, <SEP> 2 <SEP>
<tb> dünnflüssig
<tb> 6 <SEP> ja <SEP> 182, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 06 <SEP> 31, <SEP> 0 <SEP> 13, <SEP> 0 <SEP> 95/118 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Spülflüssigkeiten <SEP> mit <SEP> Ton <SEP> aus <SEP> Grube <SEP> Nr.
<SEP> 2 <SEP>
<tb> 1 <SEP> nein-1, <SEP> 14 <SEP> 19, <SEP> 0 <SEP> 38, <SEP> 0 <SEP> 27/27 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 2 <SEP> ja <SEP> 30, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP> 25, <SEP> 0 <SEP> 33, <SEP> 0 <SEP> 30/30 <SEP> 7, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 3 <SEP> ja <SEP> 91, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP> 30, <SEP> 0 <SEP> 25, <SEP> 0 <SEP> 46/46 <SEP> 7, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 4 <SEP> ja <SEP> 151, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP> 48, <SEP> 0 <SEP> 18, <SEP> 0 <SEP> 52/52 <SEP> 7, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 5 <SEP> ja <SEP> 182, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP> nicht <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP> 180/200 <SEP> 7, <SEP> 4 <SEP>
<tb> dünnflüssig
<tb> 6 <SEP> ja <SEP> 182,2 <SEP> 1,09 <SEP> 35,0 <SEP> 16,0 <SEP> 116/162 <SEP> 7,2
<tb>
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Tabelle 1I :
Einfluss der Behandlung nach dem erfindungsgemässen
Verfahren auf die Eigenschaften von während des
Bohrens behandelten Bohrspülflüssigkeiten
EMI4.1
<tb>
<tb> Laufende <SEP> Behandlung <SEP> Technologische <SEP> Kennwerte <SEP> der
<tb> Nr. <SEP> Spülflüssigkeit
<tb> ja/nein <SEP> Maximale <SEP> Spez. <SEP> Gewicht <SEP> Zähigkeit, <SEP> Wasser- <SEP> Statische <SEP> PHZusammenstoss-g/cm <SEP> sec <SEP> abgabe <SEP> Schub- <SEP> Wert <SEP>
<tb> geschwindigkeit, <SEP> cm3 <SEP> Spannung
<tb> m/sec <SEP> nach <SEP> 1 <SEP> und <SEP>
<tb> 10 <SEP> min
<tb> mg/cm2
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8
<tb> Spülflüssigkeit <SEP> aus <SEP> dem <SEP> Bohrloch <SEP> Nr. <SEP> 94 <SEP> pl.
<SEP> Kenkijak
<tb> bei <SEP> einer <SEP> Sohle <SEP> von <SEP> 1006 <SEP> m
<tb> 1 <SEP> nein-1, <SEP> 25 <SEP> 27, <SEP> 0 <SEP> 46, <SEP> 0 <SEP> 60/60 <SEP> 12, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 2 <SEP> ja <SEP> 15, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP> 58, <SEP> 0 <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP> 85/94 <SEP> 12, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 3 <SEP> ja <SEP> 91, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP> nicht <SEP> 36, <SEP> 0 <SEP> 136/150 <SEP> 12, <SEP> 3 <SEP>
<tb> dünnflüssig
<tb> 4 <SEP> ja <SEP> 182, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP> nicht <SEP> 30, <SEP> 0 <SEP> 142/190 <SEP> 12, <SEP> 3 <SEP>
<tb> dünnflüssig
<tb> 5 <SEP> ja <SEP> 182, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 16 <SEP> 55, <SEP> 0 <SEP> 39, <SEP> 0 <SEP> 112/142 <SEP> 12, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Spülflüssigkeit <SEP> aus <SEP> dem <SEP> Bohrloch <SEP> Nr. <SEP> 91 <SEP> pl.
<SEP> Kenkijak
<tb> bei <SEP> einer <SEP> Sohle <SEP> von <SEP> 4026 <SEP> m
<tb> 1 <SEP> nein-1, <SEP> 55 <SEP> 35 <SEP> 16 <SEP> 58/72 <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 2 <SEP> ja <SEP> 15, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 38 <SEP> 15 <SEP> 60/76 <SEP> 11, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 3 <SEP> ja <SEP> 91, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 45 <SEP> 12 <SEP> 70/110 <SEP> 11, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 4 <SEP> ja <SEP> 182, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 100 <SEP> 10 <SEP> 97/130 <SEP> 11, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Spülflüssigkeit <SEP> aus <SEP> dem <SEP> Bohrloch <SEP> Nr. <SEP> 4 <SEP> pl.
<SEP> Podgornenskaja
<tb> bei <SEP> einer <SEP> Sohle <SEP> von <SEP> 1300 <SEP> m
<tb> 1 <SEP> nein-1, <SEP> 26 <SEP> 27 <SEP> 6 <SEP> 5/8 <SEP> 9, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 2 <SEP> ja <SEP> 125, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 26 <SEP> 58 <SEP> 5 <SEP> 36/52 <SEP> 9, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 3 <SEP> ja <SEP> 182, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 16 <SEP> 36 <SEP> 6 <SEP> 39/48 <SEP> 9,6
<tb>
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Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es, je Dach den geologischen Bedingungen möglich, vollständig auf die Verwendung chemischer Reagenzien zu verzichten oder deren Verbrauch bedeutend herabzusetzen.
Der dadurch bedingte wirtschaftliche Vorteil ist bedeutend (er beträgt bei einem tiefen Bohrloch mindestens 25000 Rubel, laut denAngabenderVerwaltung"Kasneftegasraswedka"). Ausserdem erweist es sich, ebenfalls je nach den geologischen Bedingungen, als möglich, den Bohrprozess bedeutend zu beschleunigen und den Verbrauch an gesteinzerstörenden Werkzeugen während des Bohrens zu verringern.
Dies erfolgt durch die Verringerung des Gehaltes an fester Phase in den Spülflüssigkeiten unter Beibehaltung der notwendigen strukturmechanischen Eigenschaften sowie durch die mechanochemische Aktivierung der Spülflüssigkeit (die mechanische Geschwindigkeit der Niederbringung erhöht sich um 30%). Dadurch wird der Bohrprozess stabiler und mathematisch regelbar ; das Zufallsmoment und die dadurch bedingte Anzahl von Pannen verringert sich infolgedessen bedeutend.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Verbessern der Eigenschaften von Bohrspülflüssigkeiten durch mechanische Behandlung derselben, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrspülflüssigkeit der Einwirkung von relativ starken und rasch aufeinanderfolgenden mechanischen Impulsen, z.
B. im Desintegrator, unterworfen wird, wobei die Zusammenstossgeschwindigkeit der Schwebeteilchen der behandelten Bohrspülflüssigkeit mit Hilfe der Formel
EMI5.1
bestimmt und geregelt wird, wobei
B den regelbaren Kennwert der Spülflüssigkeit nach der Behandlung
Bo den regelbaren Kennwert der Spülflüssigkeit vor der Behandlung e die Basis des natürlichen Logarithmus v die Zusammenstossgeschwindigkeit der Schwebeteilchen k einen Koeffizienten, der von den Konstruktionsabmessungen des Arbeitsorgans des Desintegrators od. dgl. und von den Eigenschaften der behandelten Bohrspülflüssigkeit abhängt, bedeuten.