Бурение нефтяных и газовых скважин

Оптимальная рецептура бурового раствора для вскрытия продуктивного пласта. Сохранение коллекторских свойств пласта. Реагенты, применяемые для регулирования фильтрационных и реологических свойств растворов. Испытания ксантанового биополимера "Гаммаксан".

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 27.02.2013
Размер файла 361,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Выбор оптимальной рецептуры бурового раствора для вскрытия продуктивного пласта и управление качеством системы в конкретных геолого - технических условиях представляет собой сложные задачи, и являются одним из важнейших моментов сохранения коллекторских свойств пласта [1]. Современное состояние сырьевой базы характеризуется изменением структуры и качества запасов нефти как на разрабатываемых, так и на вновь открываемых месторождениях [2]. Чаще всего это трудноизвлекаемые залежи с низкопроницаемыми и сложнопостроенными коллекторами. Для получения максимально возможных дебитов нефти необходима тщательная подготовка систем буровых растворов, обеспечивающих решение технологических задач промывки ствола скважины, а также наилучшим образом сохраняющих продуктивные пласты при вскрытии. Буровой раствор является многокомпонентной и многофункциональной системой. Как известно, важнейшими характеристиками раствора являются реологические и фильтрационные свойства. При бурении нефтяных и газовых скважин для регулирования фильтрационных и реологических свойств безглинистых и малоглинистых буровых растворов могут быть использованы полисахариды и другие полимерные соединения. Существует широкий спектр реагентов для бурения, однако выбор реагента в каждом случае определяется геологическими особенностями месторождения, типом бурового раствора и экономической целесообразностью.

1. Буровые растворы на основе полисахаридов

Схематически полисахариды представляют собой совокупность макромолекулярных цепей, образованных антигликозидными циклами различных углеводородных остатков, сцепленных непрочными гликозидными связями, а между цепями ван - дер - ваальсовыми силами, водородными связями или поперечными мостиками [3]. Обилие функциональных групп обусловливает реакционную активность цепей и придает им характер полиэлектролитов. Природа углеводородных, функциональных групп, степень замещения, полимеризации и ветвления, однородность полимера, а также характер связей, конформация цепей и структур определяют коллоидно - химические свойства этих реагентов. Все они различаются по стабилизирующей способности и обладают сравнительно невысокой термической, ферментативной и гидролитической устойчивостью. Из исходных полисахаридов их получают путем деполимеризации и введения достаточного количества функциональных групп с тем, чтобы обеспечить водорастворимость и необходимый уровень физико - химической активности. Таким образом, свойства будущего реагента непосредственно связаны с природой исходного полисахарида.

Таблица 1 - Реагенты, применяемые для регулирования фильтрационных и реологических свойств буровых растворов

Класс химического соединения

Основные представители

Торговые марки

Свойства реагентов

Стабильность свойств в растворах солей поливалентных металлов

Восстановление коллекторских свойств п/п

Способность к биодеструкции

Поли-сахариды

неионогенные

Крахмал

"Амилор"

Стабильный

Полное

Высокая

Ксантановая смола

"Гаммаксан

Стабильны

Полное

Высокая

Ионогенные

ПАЦ

"Оснопак"

Стабильны

Частичное

Средняя

КМЦ

"Qollcel"

Нестабильны

Частичное

Средняя

Ионогенные

полимеры

Полиакриламид и его прои-ные

"Seurvey"

Нестабильны

Частичное

Низкая

Полимеры, использующиеся на сегодняшний день в буровой практике, придают растворам низкую пластическую вязкость, высокое динамическое напряжение сдвига, а также структурные характеристики, обеспечивающие высокие скорости бурения и эффективную очистку забоя и ствола скважины от выбуренной породы ввиду особенностей строения макромолекул. В полисахаридах, таких как крахмал, ксантановая камедь. Крахмал представляет собой природную смесь полисахаридов (амилоза и амилопектин) с общей формулой (С10О5)n. Крахмал образуется в результате фотосинтеза в листьях растений и откладывается в корневищах, клубнях и зернах. Основными их функциональными группами являются неионогенныегидроксильные, карбонильные и альдегидные группы, которые индифферентны к солевой агрессии и повышенной жесткости воды, за счет чего полисахариды сохраняют свои свойства в растворах любой степени минерализации. Кроме того, полисахариды способны к быстрой биологической деструкции, за счет чего обеспечивается возможность разрушения и удаления кольматационного слоя, образующегося в процессе бурения, и практически полное восстановление коллекторских свойств пласта.

Рисунок - 1 Строение структурных единиц крахмала:

а) участок амилозы; б) участок амилопектина

Рисунок 2 - Строение элементарного звена макромолекулы ксантана

В свою очередь в молекулах карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и полиакриламида (ПАА) (рисунок 3) содержится большое количество полярных ионогенных групп, таких как карбоксильные и амидные, которые могут вступать во взаимодействие с катионами металлов, что делает невозможным использование данных полимеров в сильно минерализованных средах. Полимеры особенно чувствительны к воздействию катионов двухвалентных металлов (например, иона кальция), что напрямую связано с химическим строением молекул, а именно наличием и типом функциональных групп, входящих в макромолекулу полимера и их пространственного расположения. Установлено, что в случае применения полимерсолевых растворов на основе КМЦ (раствор NaCl + КМЦ) наблюдается ухудшение гидродинамической связи в системе скважина-пласт. В результате взаимодействия фильтрата с пластовым флюидом (нефть и пластовая вода) и породой коллектора происходит снижение продуктивности нефтесодержащих объектов до 50% [6]. Поэтому ПАА и КМЦ находят применение, в основном, в пресных растворах. Исключение составляет полианионная целлюлоза (ПАЦ), которая также содержит карбоксильные группы, но устойчива в концентрированных растворах солей в виду особенностей строения макромолекул [7].

Рисунок 3 - Строение элементарного звена частично гидролизованного полиакриламида

Таким образом, очевидно, что применение полимеров, имеющих в своем составе большое количество полярных недиссоциирующих на ионы групп, обеспечивает хорошую растворимость и стабильность свойств буровых растворов в широком интервале концентраций солей. Однако поведение полисахаридов в растворах обусловлено не только химической природой молекул полимера. Весьма существенное влияние оказывают надмолекулярные структуры, примеси, присутствующие в продукте, и технология его производства.

Рассмотрим влияние содержания электролитов на функциональные свойства ксантановых биополимеров и крахмальных реагентов. В качестве примера в различии свойств полисахаридов одной химической природы протестированы растворы образцов ксантановых полимеров (ксантановый биополимер "Гаммаксан"; пищевая ксантановая камедь, которая нередко используется при бурении) и модифицированных крахмалов ("Амилор Р-120" (на основе кукурузного сырья), "Амилор Р-122" (на основе картофельного сырья), нативный крахмал по ГОСТ 7699-78) в пресной и минерализованной водах. В силу своих структурных особенностей полисахаридные реагенты в сочетании с биополимерами или другими подобного типа способны создавать водные полимерные растворы, не содержащие твердой фазы, с широким диапазоном эксплуатационных свойств [8].

Для создания ионной среды использовались три различные соли: хлористый натрий NaCl, хлористый калий KCl и хлористый кальций CaCl2. Готовились 0,5%-ные водные растворы ксантановых полимеров и 3%-ные водные растворы модифицированных крахмалов при 20°С. Клейстеризация нативного крахмала проводилась в конкретной дисперсной среде при нагревании суспензии до температуры клейстеризации в течение определенного времени.

Свойства полученных растворов приведены в таблице 2 и 3.

Таблица 2 - Изменение свойств растворов крахмалов в зависимости от минерализации среды

Дисперсная

среда

Образец

Условная вязкость

(по ВБР - 2),

сек.

Показатель фильтрации

на фильтр - пресс

OFITE 2х

(30мин. - 7,5 мин.) см3,

при 7 атм.

Пресная вода

Нативный крахмал

49

10

Амилор Р - 120

16

10

Амилор Р - 122

32

6

Раствор NaCl

с = 1,15 г/см3

Нативный крахмал

20

22

Амилор Р - 120

15

4

Амилор Р - 122

58

4

Раствор КCl

с = 1,15 г/см3

Нативный крахмал

17

26

Амилор Р - 120

16

6

Амилор Р - 122

49

5

Раствор CaCl2

с = 1,15 г/см3

Нативный крахмал

18

30

Амилор Р - 120

16

6

Амилор Р - 122

75

10

Из таблицы 2 видно, что в пресной среде показатель фильтрации (ПФ) растворов крахмальных реагентов имеет достаточно низкое значение и не зависит от типа используемого продукта. В минерализованной же среде величина ПФ существенно ниже для растворов крахмальных реагентов марки "Амилор". Следовательно, преимуществом использования буровых крахмалов марки "Амилор" является постоянство свойств раствора независимо от степени его минерализации.

На столь сильные различия в свойствах модифицированных крахмальных реагентов может оказывать влияние состав исходного сырья, в частности содержание в нем белка и клетчатки. Взаимодействие белковых молекул с полисахаридами крахмала может привести к понижению гидратации гидроксилов ангидроглюкозных единиц, что негативно сказывается на растворимости получаемого продукта и, как следствие, на показатели раствора в целом [9].

В зависимости от природы сырья - картофельного, кукурузного или тапиокового нативного крахмала - и параметров технологического процесса производятся продукты различных марок, обладающие различными свойствами. К примеру, тапиоковый крахмал обладает наибольшей вязкостью и может быть использован для изменения реологических свойств раствора, кукурузный - наименьшей, а картофельный позволяет получить готовый продукт как с высокой, так и с низкой условной вязкостью. Эти факторы также должны быть учтены для наиболее рационального выбора продукта.

Таблица - 3 Сравнение биополимерного раствора, приготовленного из различных сортов ксантановых биополимеров

Дисперсная среда

Образец

Условная вязкость

(по ВБР - 2),

сек.

ПФ на фильтр - пресс OFITE 2х (30мин. -

7,5 мин.) см3,

при 7 атм.

ПВ*,

сПз

ДНС**,

дПа

СНС***

1/10 мин., дПА

Пресная

вода

"Гамаксан"

38

9,9

8

117,1

61,9/70,1

Пищевая ксантановая камедь

62

18,5

11,4

137,8

68,6/77,8

Раствор NaCl

с = 1,15 г/см3

"Гамаксан"

44

9,5

11,6

117,1

57,1/67,2

Пищевая ксантановая камедь

19

42,0

7,0

21,6

0,5/1,4

Раствор КCl

с = 1,15 г/см3

"Гамаксан"

40

10,0

9,8

112,3

56,2/66,2

Пищевая ксантановая камедь

17

52,0

6,5

7,2

0,5/0,5

Раствор CaCl2

с = 1,15 г/см3

"Гамаксан"

41

9,0

13,4

110,9

51,8/61,0

Пищевая ксантановая камедь

32

11,9

13,4

53,8

16,8/24,0

Как показывает таблица 3, в пресном растворе показатели ДНС, СНС и ПВ имеют сравнимые по величине значения для обоих сортов ксантановых полимеров. В минерализованных средах раствор пищевой ксантановой камеди теряет необходимые реологические свойства, тогда как раствор биополимера "Гаммаксан" сохраняет функциональные свойства на прежнем уровне, обеспечивая требуемую выносящую способность в любых средах.

Биополимерные продукты часто имеют в своем составе остатки жирных и уроновых кислот, содержащих анионоактивные карбоксильные группы, которые могут вступать в ионообменные взаимодействия с различными ионами, что обуславливает зависимость реологических свойств раствора от состава и концентрации минеральных и других ингредиентов. Кроме того, не следует забывать о том, что на скорость гидратации и физико - химические показатели природных полисахаридов в большой степени влияют пространственное взаиморасположение функциональных групп и боковых цепей и регулярность их чередования. Поэтому природные полисахариды, получаемые на разных производственных линиях, могут кардинально отличаться по свойствам друг от друга, имея при этом одно и то же название химического соединения. Регулируя технологические параметры производства органических полимеров, глубину очистки сырья и готового продукта, можно обеспечить отличное качество биополимеров для буровых растворов [9].

буровой пласт реологический биополимер

Таблица 4 - Выборка заключений по испытаниям ксантанового биополимера "Гаммаксан" в крупных сторонних лабораториях

Нефтяная компания, проводившая испытания

Период

испытания

Протокол / заключение

Результаты

ООО "ТюменНИПИгипрога"

2009 г.

Протокол от 01.04.2009 г. сертификационных испытаний биополимера "Гаммаксан"

Биополимер "Гаммаксан" соответствует СТО Газпром 2-3.2-151-2007

"Биополимерные компоненты буровых растворов. Технические требования". Рекомендуется к применению при строительстве скважины на месторождениях ОАО "Газпром" совместно с бактерицидом

СургутНИПИнефть

2005 г.

Акт лабораторных исследований биополимеров "Гаммаксан"

Обеспечивает необходимые реологические и фильтрационные показатели минерализованных буровых растворов

ОАО "Башнефть"

2006 г.

Акт опытно - промысловых работ по применению биополимера "Гаммаксана" на скважине № 54200 Львовской площади (Нефтекамское УБР)

Обеспечивает требуемые показатели реологических и вязкостных характеристик и их стабильность в процессе бурения. обеспечивает отсутствие кавернообразования

В таблице 4 приведены некоторые результаты испытания биополимера "Гаммаксан" потребителями [10].

Таким образом, выбор оптимальной технологии производства полисахаридных реагентов, контроль качества исходного сырья позволяет получить продукт со стабильными свойствами в буровых растворах различной степени минерализации.

Список использованных источников

1. Чихоткин В.Ф., Третьяк А.Я., Рыбаленко Ю.М, Бурда М.Л. Буровой раствор и управление его реологическими свойствами при бурении скважин в осложненных условиях // Бурение и нефть, 2007. № 7/8. С. 58.

2. Гавура В.Е. Контроль и регулирование разработки нефтяных и газонефтяных месторождений. М.: ВНИИ-ОНГ, 2001. 340 с.

3. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы: Учеб. Пособие для вузов. -М.: Недра, 1999. - 424 с.

4. Рабинович В.А. Краткий химический справочник. - 2-е изд. / В.А. Рабинович, З.Я. Хавин // Л.: Химия, 1978. 392 с.

5. Хонимен Д. Молекулярное строение целлюлозы и крахмала/ Д. Хонимен, Д. Персонс // Успехи химии целлюлозы и крахмала. -М.: Изд-во. иностр. лит-ры, 1962.

6. А.с. 1321740 СССР, МКИ С09 К 7/02. Состав для вскрытия продуктивно го пласта / И.Ю.Хариев. - № 3913442/23-03; Заявлено 14.06.85; Опубл.

7. Уляшева Н.М. Технология буровых жидкостей: учеб. пособие; в 2 ч.; ч. 1.

8. Пеньков А.И. Современное состояние и основные проблемы промывки скважины с горизонтальными участками ствола. Краснодар. 67 с.

9. Минибаев В.В., Ильин. И.А., Пестерев С.В. Эффективность полисахаридных реагентов в буровых растворах различной степени минерализации среды // Бурение и нефть, 2010. №10. С.44 - 46

10. Жушман А.И. Модифицированные крахмалы. М.: Пищепромиздат, 2007.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Выбор типа промывочной жидкости и показателей ее свойств по интервалам глубин. Расчет материалов и химических реагентов для приготовления бурового раствора, необходимого для бурения скважины. Критерии выбора его типа для вскрытия продуктивного пласта.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 05.12.2014

  • Ликвидация нефте-газо-водопроявлений при бурении скважин. Методы вскрытия продуктивного пласта. Оборудование скважин, эксплуатируемых ЭЦН. Сбор, подготовка и транспортировка скважинной продукции. Этапы подготовки воды для заводнения нефтяных пластов.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 07.07.2015

  • Первомайское нефтяное месторождение. Геологическое строение района работ. Литологическая характеристика коллекторов продуктивного пласта. Гранулометрический и петрографический составы. Свойства пластового флюида. Запасы нефти и растворенного газа.

    дипломная работа [693,9 K], добавлен 14.09.2014

  • Технические средства и технологии бурения скважин. Колонковое бурение: схема, инструмент, конструкция колонковых скважин, буровые установки. Промывка и продувка буровых скважин, типы промывочной жидкости, условия применения, методы измерения свойств.

    курсовая работа [163,3 K], добавлен 24.06.2011

  • Циркуляционная система буровой установки, ее элементы, назначение и принцип действия. Оборудование для дегазации бурового раствора. Сепаратор и дегазатор: конструкция и принцип работы. Промысловая подготовка нефти. Схема сепаратора бурового раствора СРБ.

    контрольная работа [2,3 M], добавлен 03.06.2012

  • Сведения о разработке месторождения, его геологическом строении и нефтеносности. Требования к буровому и энергетическому оборудованию. Вскрытие продуктивных пластов. Проекты на бурение скважин. Технико-экономические показатели бурового предприятия.

    отчет по практике [2,8 M], добавлен 11.10.2011

  • Проектирование конструкции нефтяных скважин: расчет глубины спуска кондуктора и параметров профиля ствола. Выбор оборудования устья скважины, режимов бурения, цементирующих растворов и долот. Технологическая оснастка обсадных и эксплуатационных колонн.

    дипломная работа [2,8 M], добавлен 19.06.2011

  • Анализ используемых на данном месторождении буровых растворов, требования к ним. Обоснование выбора промывочной жидкости по интервалам. Гидравлический расчет промывки скважин в режиме вскрытия продуктивного пласта. Управление свойствами растворов.

    курсовая работа [294,2 K], добавлен 07.10.2015

  • Характеристика пластовых флюидов. Состояние разработки месторождения. Методы вскрытия продуктивного пласта. Техника и технология гидропескоструйной перфорации. Анализ технологической эффективности проведения ГПП на скважинах Смольниковского месторождения.

    дипломная работа [3,8 M], добавлен 11.03.2017

  • Сущность гидроразрыва пласта — одного из методов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин и увеличения их приёмистости. Основные виды источников газа в земной коре и перспективы их освоения. Главные сланцевые и газоугольные бассейны Европы.

    презентация [4,4 M], добавлен 17.03.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.