Современные разработки новых высокоингибированных систем буровых растворов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Современные разработки новых высокоингибированных систем буровых растворов

Данная статья знакомит с новым направлением в области разработок высокоингибированных систем буровых растворов, которые направлены на снижение экологической нагрузки, риска осложнений при бурении скважин в сложных горно-геологических условиях и повышение технико-экономических показателей (ТЭП) при строительстве скважин.

This article introduces a new direction in the development of highly-inhibited drilling mud systems, which are aimed at reducing the environmental burden, the risk of complications when drilling wells in difficult mining and geological conditions, and increasing the technical and economic indicators (TEI) during the construction of wells. высокоингибированный бурение скважина

Первостепенная тенденция современных разработок новых систем буровых растворов - это минимальная экологическая нагрузка, высокие ингибирующие и триботехнические свойства, низкое содержание твердой фазы в условиях высоких плотностей, высокая термостабильность, устойчивость к загрязнениям и биодеструкции, низкая коррозионная активность, высокие консервирующие способности, а также возможность повторного использования.

Данная задача была успешно решена в компании ООО «НСК» - разработкой высокоингибированного термостабильного утяжеленного органической солью формиата калия минерализованного безглинистого бурового раствора на основе прямой эмульсии с низким содержанием твердой фазы и оптимальными структурно-реологическими свойствами.

Разработанная и запатентованная эмульсионная система бурового раствора INVEROFORM предназначена для бурения и заканчивания вертикальных, наклонно-направленных, горизонтальных скважин и боковых стволов, сложенных как крепкими, так и неустойчивыми, трещиноватыми с большим углом залегания, склонными к осыпям и обвалам, набуханию, диспергированию и кавернообразованию породами, а также скважин с высокими забойными температурами (до 160 °C).

Первостепенная тенденция современных разработок новых систем буровых растворов это - минимальная экологическая нагрузка, высокие ингибирующие и триботехнические свойства, низкое содержание твердой фазы в условиях высоких плотностей, высокая термостабильность, устойчивость к загрязнениям и биодеструкции, низкая коррозионная активность, высокие консервирующие способности, а также возможность повторного использования.

Решение вышеуказанных проблем достигается за счет оптимально подобранных концентраций и компонентов химических реагентов к разработанной системе, каждый из которых отвечает за свое направление, а именно:

- Комплексный ингибитор обеспечивает высокий кольматационный эффект, что подтверждается снижением фильтрации (особенно при повышенных температурах).Тонкая эластичная фильтрационная корка способствует снижению триботехнических и антиприхватных свойств бурового раствора. Наличие гильсонита и асфальтенов в составе компленсного ингибитора блокирует микротрещины аргиллитов, а также препятствует процессам диффузии, капиллярной пропитки и поверхностной гидратации глинистых минералов, что снижает сроки их обводненности, соответственно, обеспечивая повышенную устойчивость ствола скважины.

Разработанная и запатентованная эмульсионная система бурового раствора INVEROFORM предназначена для бурения и заканчивания вертикальных, наклонно-направленных, горизонтальных скважин и боковых стволов, сложенных как крепкими, так и неустойчивыми, трещиноватыми с большим углом залегания, склонными к осыпям и обвалам, набуханию, диспергированию и кавернообразованию породами, а также скважин с высокими забойными температурами (до 160 °C).

Реагент содержит ультрадисперсный гильсонит, модифицированные битумы, а также композицию гликолей, производных жирных кислот и других компонентов.

- Вспомогательный ингибитор является органическим ингибитором набухания глинистых минералов, цементирующих аргиллитоподобные и алевролитистые отложения, препятствует диспергированию глинистого (цемента), предотвращает осыпи стенок скважины, сложенных аргиллитами и алевролитами (шоколадными глинами). Представляет собой композицию из полигликолей и алифатических амидов.

- Солестойкий эмульгатор предназначен для образования и сохранения однородной дисперсионной среды. Согласно классификации по размеру частиц, образованную эмульсию можно отнести к миниэмульсиям:

400 нм > d > 100 нм. Согласно правилу Банкрофта, непрерывной становится та фаза, в которой эмульгатор лучше растворим. Специально подобранный для данной системы солестойкий эмульгатор лучше растворим в водной фазе с формиатом калия, водная фаза непрерывна (образуется прямая эмульсия).

Механизмы устойчивости эмульсий с применением солестойкого эмульгатора - электростатический, стерический, осмотический. Основной фактор обеспечения устойчивости прямой эмульсии с применением эмульгатора - структурно-механический барьер (СМБ).

Прямая эмульсия с применением солестойких эмульгаторов для дополнительной стабилизации использует микродисперсные частицы, присутствующие в растворе (бентонит, микромрамор и пр.). То есть эмульсия на основе солестойкого эмульгатора - это «эмульсия Пикеринга». Эмульсии Пикеринга представляют собой дисперсии, стабилизированные помимо основного эмульгатора твердыми частицами, закрепленными на границе масло - вода (рис.).

КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ

Пеногаситель - представляет собой реагент на основе модифицированных силиконов с добавлением поверхностно-активных веществ. Предназначен для эффективного удаления и предотвращения пенообразования.

Бактерицид - представляет собой композицию на основе четвертичных аммониевых соединений. Предназначен для предотвращения бактериального разложения используемых в рецептуре полисахаридных реагентов, а также для подавления жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий, вызывающих коррозию оборудования.

Специальный крахмальный реагент - термостабильный понизитель фильтрации. Предназначен для снижения фильтрации в системе бурового раствора со степенью минерализации до насыщения. Отличается высокой стабилизирующей способностью, повышенной стойкостью к био-, термо-, механодеструкции.

Структурообразователь - обеспечивает в системе необходимые структурно-реологические свойства, улучшает выносную и удерживающую способность, а также высокие показатели ВНСС.

Минеральное масло - состав для приготовления буровой эмульсии(дисперсионная среда). Представляет собой смесь продуктов олигомеризации олефинов и минеральных дистиллятных и остаточных базовых масел.

Формиат калия - представляет собой калиевую соль муравьиной кислоты. Используется в системе в качестве органического ингибитора гидратации, набухания и дезинтеграции сланцев глинистых минералов, а также для повышения термостабильности полисахаридных составляющих системы.

Микрокальцит - представляет собой продукт измельчения и тонкого помола (определенной фракции) природного мрамора. Применяется в системе в качестве кольматационного наполнителя для создании на стенках скважины низкопроницаемого кольматационного экрана.

Натрий едкий - предназначен для регулирования рН системы.

Водная фаза - бинарное неорганическое соединение с химической формулой Н2O. Состоит из двух атомов водорода и одного - кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета, запаха и вкуса. Используется в системе в качестве диспергирующей фазы.

Концентрат баритовый (BaSO4) - природный сульфат бария. Применяется в системе по мере необходимости в качестве дополнительного инертного утяжелителя.

При бурении скважин с АВПД в рецептуру системы по мере необходимости включаются реагенты-утяжелители, такие как формиат натрия и концентрат баритовый.

Система вариативна, и концентрации подбираются под конкретные горно-геологические условия бурения.

ПРЕИМУЩЕСТВА РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ

1. Экологическая безопасность.

2. Высокие смазывающие (триботехнические) способности, низкая прихватоопасность. Повышение технико-экономических показателей бурения, увеличение механической скорости бурения и проходки на долото и, как следствие, снижение сроков строительства скважины.

3. Качественное вскрытие продуктивных отложений за счет гидрофобизации пористой среды коллектора. Мельчайшие частицы масла (глобулы), проникая в пористую среду коллектора, создают гидрофобную кольматацию.

4. Оптимальные гидравлические параметры промывки.

Минимизация концентрации твердой фазы в составе эмульсионного раствора обеспечивает отсутствие трудноудаляемой фильтрационной корки на стенках скважины, что способствует повышению эффективности первичного вскрытия низкопроницаемых продуктивных коллекторов, улучшает качество крепления обсадных колонн в ММП, интервалах с высоким поровым давлением в слабосцементированных глинисто-песчаных и глинисто-карбонатных породах, а также высокие механические скорости бурения и, как следствие, - снижение сроков строительства скважин.

5. Высокая ингибирующая способность достигается за счет включения в систему формиата калия и дополнительных ингибиторов на основе амидов алифатического ряда, композиции гликолей, производных жирных кислот модифицированных асфальтенов, ультрадисперсных гильсонитов, которые блокируют микротрещины аргиллитов, препятствуют процессам диффузии, капиллярной пропитки и поверхностной гидратации глинистых минералов.

6. Высокая термостабильность достигается за счет включения в рецептуру формиата калия и высокотемпературных полимерных составляющих.

7. Устойчивость к биодеградации и высокая стабильность на протяжении долгого периода времени.

9. Низкая коррозионная активность за счет высокого содержания углеводородной фазы и консервирующей способности формиата калия.

10. Гибкость системы с возможностью изменять параметры в широких пределах. Гибкость, вариативность системы позволяет работать в широком диапазоне плотностей и температур в разных горно-геологических условиях, а также использовать в рецептуре органические и неорганические компоненты.

11. Возможность применения традиционных кольматационных наполнителей для ликвидации осложнений, связанных с поглощением, в отличии от РУО.

12. Повторное применение на протяжении нескольких циклов строительства скважин.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ингибирующие свойства микроэмульсии первого рода, содержащей в качестве дисперсионной среды насыщенный водный раствор формиата калия, близки к углеводородным системам.

Поэтому данная система на основе прямой микроэмульсии является прямым экологически безопасным конкурентом РУО:

- удельный вес прямой микроэмульсии, утяжеленной формиатом калия, без твердой фазы составляет 1400 кг/м³. Это обеспечивает оптимальные гидравлические параметры промывки скважин для достижения высокой механической скорости бурения в глинисто-аргиллитовых разрезах. Кроме того, минимизация концентрации твердой фазы в составе эмульсионного бурового раствора обеспечивает отсутствие на стенках скважины трудноудаляемой фильтрационной корки, что способствует повышению эффективности первичного вскрытия низкопроницаемых продуктивных коллекторов, а также улучшает качество крепления обсадных колонн в ММП, интервалах с высоким поровым давлением, а также в слабосцементированных глинисто-песчаных и глинисто-карбонатных породах;

- течение прямой микроэмульсии, утяжеленной формиатом калия, описывается псевдопластической реологической моделью, которая обеспечивает оптимальные выносящие и удерживающие свойства системы;

- структурно-механические характеристики микроэмульсии формируются за счет утяжеленной формиатом калия водной макрофазы, что обеспечивает устойчивость системы к биодеградации;

- частицы выбуренной глинистой породы в среде формиатной микроэмульсии лишены липкости, что минимизирует опасность образования сальников;

- формиатная микроэмульсия инертна к действию полиминеральных кислых пластовых вод и сохраняет свою структуру и свойства при бурении пористых аргиллитов и хемогенных породах;

- прямая ммикроэмульсия практически безопасна для окружающей среды (4 класс опасности) и не требует, в отличие от инвертных эмульсий (РУО), применения дополнительного оборудования для очистки и утилизации шлама.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Минимизация концентрации твердой фазы в составе эмульсионного раствора обеспечивает отсутствие трудноудаляемой фильтрационной корки на стенках скважины, что способствует повышению эффективности первичного вскрытия низкопроницаемых продуктивных коллекторов, улучшает качество крепления обсадных колонн в ММП, интервалах с высоким поровым давлением в слабосцементированных глинисто-песчаных и глинисто-карбонатных породах, а также высокие механические скорости бурения и, как следствие, снижение сроков строительства скважин.

Высокие ингибирующие способности препятствуют разупрочнению вскрываемых бурением пород (осыпям и обвалам).

Хорошие триботехнические свойства повышают технико-экономические показатели бурения, увеличивают механическую скорость бурения и проходку на долото и, как следствие, ведут к снижению сроков строительства скважины.

Размещено на Allbest.ru