Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование качества буровых эмульсионных растворов применением реагентов комплексного действия

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Соловьев, Александр Янович

ВВЕДЕНИЕ.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

1. СПОСОБЫ ОЦЕНКИ, АКТУАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ И ПУТИ

ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ В БУРЕНИИ СКВАЖИН

1.1. Принципы оценки качества технологических жидкостей.

1.2. Сопоставительный анализ применения различных технологических жидкостей при бурении скважин на шельфе Северного моря

1.2.1. Условия и сравнительные результаты применения технологических жидкостей на углеводородной основе.

1.2.2. Система критериев качества технологических жидкостей на углеводородной основе, способы их определения, критические значения и рецептурные решения.

1.3. Анализ технологических жидкостей на углеводородной основе, применяемых ОАО «Сахалинморнефтегаз» при бурении скважин

1.3.1. Условия применения и требования технологическим жидкостям.

1.3.2. Применяемые гидрофобно-эмульсионные растворы, показатели их качества и направления совершенствования.

1.4. Теоретические предпосылки выбора молекулярной структуры ПАВ и состава реагентов комплексного действия для целенаправленного воздействия на свойства гидрофобно-эмульсионных растворов

1.4.1. Механизмы межмолекулярных взаимодействий и их характеристика.

1.4.2. Взаимосвязь химического строения ПАВ и технологических свойств гидрофобно-эмульсионных растворов.

1.4.3. Принципы подбора компонентного состава реагентов комплексного действия.

Выводы по главе

2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Методики экспериментального изучения и математического моделирования свойств и комплексной оценки качества гидрофобно-эмульсионных растворов

2.1.1. Обоснование и сущность комплексной методики оценки качества эмульсий (КМКЭ).

2.1.2. Методика оценки агрегативной устойчивости гидрофобно-эмульсионных растворов.

2.1.3. Методика определения высокотемпературной фильтратоотдачи гидрофобно- эмульсионных растворов

МВТФ).

2.1.4. Методика определения эффективной вязкости гидрофобно-эмульсионных растворов.

2.1.5. Методика математического моделирования свойств и оптимизации компонентных составов технологических жидкостей

2.1.5.1. Сущность и обоснование методики.

2.1.5.2. Планирование эксперимента.

2.1.5.3. Построение моделей и оценка их адекватности.

2.1.5.4. Многокритериальная оптимизация.

Выводы по главе 2.

3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ ГИДРОФОБНО-ЭМУЛЬСИОННЫХ РАСТВОРОВ

3.1. Экспериментальное изучение молекулярного модифицирования и эффектов взаимного действия ПАВ на свойства гидрофобно-эмульсионных растворов

3.1.1. Обоснование выбора объектов и задач исследований.

3.1.2. Сравнительный анализ существующих ПАВ на основе

СЖК и продуктов их взаимодействия.

3.1.3. Изучение влияния работы адсорбции и гидрофильно-липофильного баланса ПАВ на термостойкость и фильтратоотдачу гидрофобно-эмульсионных растворов.

3.1.4. Изучение влияния состава и температуры гидрофобно-эмульсионных растворов на их эффективную вязкость и фильтратоотдачу.

3.1.5. Изучение влияния глиносодержания, количества и вида ПАВ на термостойкость гидрофобно-эмульсионных растворов

3.1.6. Обобщение результатов исследований.

3.2. Разработка реагентов комплексного действия

3.2.1. Разработка реагента комплексного действия на основе сочетания сложных триэтаноламиновых эфиров КСЖК с их солями.

3.2.2. Разработка реагента комплексного действия основе дизамещенных эфиров триэтаноламина и КСЖК, оксипропилированных глицеридов КСЖК и их солей.

Выводы по главе 3.

4. РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР ГИДРОФОБНО-ЭМУЛЬСИОННЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

4.1. Особенности разработки рецептур гидрофобно-эмульсионных растворов для бурения скважин.

4.2. Разработка рецептуры гидрофобно-эмульсионных растворов для бурения горизонтальных высокотемпературных скважин на месторождениях шельфа

Сахалина.

4.3. Опытно-промышленные испытания реагента комплексного действия СЭТ-1 в качестве термостойкого эмульгатора-стабилизатора жидкости глушения на основе гидрофобно-эмульсионного раствора

4.3.1. Цели испытаний.

4.3.2. Технология приготовления гидрофобно-эмульсионного раствора и оценка технологичности реагента комплексного действия.

4.3.3. Свойства и результаты применения гидрофобноэмульсионного раствора.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование качества буровых эмульсионных растворов применением реагентов комплексного действия"

В условиях истощения разрабатываемых залежей нефти и газа начинают активно разбуриваться новые месторождения, которые не эксплуатировались ранее по причине сложных горно-геологических, технологических, климатических или экологических условий, такие как месторождения шельфа Сахалина и Северных морей. В настоящее время данные месторождения разрабатываются системой горизонтальных скважин, имеющих протяженность горизонтальных участков свыше 1500 м., что требует обеспечения устойчивости ствола, выноса шлама, устранения затяжек и прихватов бурильных колонн. Главная роль при этом принадлежит буровым промывочным растворам (БПР), которые для успешной проводки скважин в указанных условиях должны обладать высокими ингибирующими, смазочными и несущими свойствами. Кроме того, поскольку основная нефтеносность этих месторождений приурочена к коллекторам, имеющим дизъюнктивные нарушения в виде системы трещин, то особое значения приобретает способность технологических жидкостей, используемых при первичном и вторичном вскрытии продуктивных пластов к сохранению проницаемости призабойной зоны пласта.

Традиционно используемые БПР на водной основе мало пригодны для бурения и вскрытия продуктивных пластов в указанных условиях. Обеспечить необходимое качество бурения и вскрытия способны гидрофобно-эмульсионные растворы (ГЭР), которые позволяют практически полностью сохранить проницаемость ПЗП, исключить затяжки и прихваты колонн, обеспечить устойчивость стенок скважины и вынос шлама. Однако, применение ГЭР сопряжено с необходимостью решения специфических проблем этого типа дисперсных систем, а именно, обеспечения стабильности их свойств во времени и при воздействии агрессивных факторов в скважине, которыми являются: 1) потеря части дисперсионной среды при фильтратоотдаче на границе скважина-пласт; 2) загрязнение пластовой водой и гидрофильной твердой фазой; 3) высокие и низкие температуры. Все указанные факторы в различной мере способны вызывать потерю агрегативной устойчивости ГЭР и его функциональных способностей, что влечет за собой серьезные аварии на скважине.

Практически повышение устойчивости ГЭР к действию агрессивных факторов в скважине достигается введением большого числа реагентов специального действия (эмульгаторов, стабилизаторов, гидрофобизаторов, загустителей, понизителей фильтрации), что усложняет рецептуру. Данный способ требует значительных затрат на опытную проработку, что усложняет разработку рецептур, поэтому целесообразно использовать реагенты комплексного действия (РКД), которые, во первых, согласованно улучшали бы все параметры качества ГЭР, а во вторых, позволяли бы создавать запас всех или некоторых параметров сверх минимально необходимых уровней для удовлетворения требуемым функциональным способностям. Применение РКД упрощает разработку рецептур за счет снижения числа компонентов, обеспечивает оптимальность принимаемых решений за счет сбалансированного изменения свойств ГЭР, а также повышает технологичность приготовления и управления его свойствами, что в конечном итоге позволит повысить качество выполнения технологических операций. Поэтому актуальной является разработка новых реагентов комплексного действия, обладающих улучшенными свойствами и позволяющих заменить собой сразу несколько специальных реагентов.

В этой связи актуальной является задача разработки принципиальных теоретических и практических подходов целенаправленного изменения свойств ГЭР на основе изучения закономерностей взаимосвязи молекулярного агрегирования компонентов дисперсной системы и их химического строения.

Таким образом, можно поставить следующие цель и задачи работы.

Цель работы

Повышение качества гидрофобно-эмульсионных растворов для бурения горизонтальных скважин в условиях высоких температур и загрязнения гидрофильной фазой применением реагентов комплексного действия.

Задачи

1. Разработка методического обеспечения повышения качества ГЭР на основе доступных для оперативного контроля показателей его свойств.

2. Уточнение доминирующих механизмов и разработка средств эффективного повышения термостойкости и термостабильности ГЭР.

3. Разработка новых реагентов, комплексно улучшающих качество ГЭР.

4. Разработка рецептур ГЭР на основе комплексных реагентов для бурения горизонтальных скважин в условиях высоких температур и загрязнения гидрофильной фазой.

Научная новизна

1. Разработана комплексная методика оценки качества эмульсий и оптимизации их рецептур.

2. Реализован принцип повышения термостойкости и термостабильности инвертных эмульсий, основанный на стабилизации реагентами, предпочтительно образующими не менее трех межмолекулярных связей промежуточного типа, и одновременном повышении работы адсорбции и оптимизации гидрофильно-липофильного баланса этих реагентов.

3. Обосновано применение реагентов на основе дизамещенных эфиров триэтаноламина и высокомолекулярных жирных кислот в смеси с оксипропилированными глицеридами этих кислот и их солями для комплексного повышения качества ГЭР.

Основные защищаемые положения

1. Методика комплексной оценки качества эмульсий и оптимизации их рецептур.

2. Результаты внедрения разработанных РКД в бурение и капитальный ремонт скважин.

3. Обоснование применения дизамещенных триэтаноламиновых эфиров высокомолекулярных жирных кислот в смеси с оксипропилированными глицеридами этих кислот и их солями для комплексного повышения качества ГЭР.

4. Результаты оптимизации состава реагента на основе дизамещенных триэтаноламиновых эфиров высокомолекулярных жирных кислот, их солей и оксипропилированных глицеридов.

5. Результаты исследований свойств ГЭР на основе разработанного РКД СЭТ-1М и оптимизации его рецептуры.

Практическая ценность

1. На основе доступного сырья разработан реагент СЭТ-1М, позволяющий без использования дополнительных реагентов получать ГЭР с термостойкостью до 190°С, глиноемкостью до 30%, фильтратоотдачей при 90°С менее 4см3/ЗОмин, эффективной вязкостью при 90°С до 330 мПа*с.

2. Разработана рецептура ГЭР, превосходящая базовую рецептуру на основе СМАД и Эмультала по высокотемпературным параметрам глиноемкости, фильтратоотдачи и эффективной вязкости соответственно на 271, 47 и 50%, не содержащая органобентонита.

3. Рассчитаны оптимальные концентрации РКД СЭТ-1М, что позволяет сохранять качество ГЭР в процессе бурения и уменьшить расход реагента относительно базового состава в 2,5 раза.

4. Предложен способ промышленного получения термостойкого эмульгатора-стабилизатора СЭТ-1М, наработана опытно-промышленная партия этого реагента.

Внедрение

Эмульгатор-стабилизатор СЭТ-1М успешно прошел промысловые испытания в качестве эмульгатора-стабилизатора термостойких ГЭР, применяемых Управлением по интенсификации и ремонту скважин ООО "Уренгойгазпром" при глушении высокотемпературных газоконденсатных скважин, а также внедрен как эмульгатор-стабилизатор ГЭР, используемых ОАО "Сахалинморнефтегаз" в качестве буровых растворов для горизонтальных высокотемпературных скважин.

Апробация работы

Основные положения диссертации докладывались на II Международном симпозиуме "Наука и технология углеводородных дисперсных систем" (Уфа, 2000 г.), Российской конференции "Актуальные проблемы нефтехимии" (Москва, 2001г.), II Конференции молодых специалистов и творческой молодежи ООО "ЛУКОЙЛ-БУРЕНИЕ" (Самара, 2002 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи, тезисы четырех докладов, получено 2 патента и 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, выданное РОСПАТЕНТом.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 241 листах машинописного текста, включая 37 таблиц, 65 рисунков, и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 128 наименований и 3 приложений.

Заключение Диссертация по теме "Технология бурения и освоения скважин", Соловьев, Александр Янович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Предложена классификация межмолекулярных взаимодействий, разделяющая их по особенностям функционального действия в составе ГЭР на "быстрые" и "медленные", и установлено, что для комплексного повышения качества ГЭР по показателям термостойкости и термостабильности эффективно применение ПАВ, образующих преимущественно медленный тип связей.

2. Разработана комплексная методика оценки качества и оптимизации рецептур эмульсий, позволяющая получать полную оценку их основных функциональных способностей за счет учета совокупного влияния дестабилизирующих факторов, а также принимать точные количественные рецептурные решения по корректировке качества за счет применения математических методов многокритериальной оптимизации и системы критериев качества, допускающих применение этих методов.

3. Разработан и рекомендован к промысловым испытаниям реагент комплексного действия СЭТ-1 М, который позволяет существенно улучшить термостабильность и термостойкость ГЭР и исключить применение с этой целью дополнительных реагентов.

4. Разработан ГЭР на основе СЭТ-1 М для бурения пологих и горизонтальных высокотемпературных скважин, который за счет высоких показателей термостойкости и термостабильности позволяет сократить расход реагентов, увеличить интервал времени между химическими обработками ГЭР и замерами его параметров, отказаться от использования дорогостоящего органобентонита.

5. СЭТ-1 М успешно прошел промысловые испытания в качестве реагента для получения термоустойчивых инвертных эмульсий, используемых при капитальном ремонте высокотемпературных газоконденсатных скважин Уренгойского ГКМ.

6. Наработана опытно-промышленная партия СЭТ-1 М, выполнено внедрение данного реагента для бурения скважин ОАО «НК Роснефть-Сахалинморнефтегаз»

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Соловьев, Александр Янович, Уфа

1. Абрамзон А.А., Зайченко Л.П., Файнгольд С.И. Поверхностно-активные вещества. Синтез, анализ, свойства, применение.-Л. :Химия, 1988.-200 С.

2. Антипова К.М., Шехтер Ю.Н., Фукс И.Г. Химия и технология топлив и масел, 1975, №3, с.41-45; Защита металлов, 1975, т.11, №4, с.516-518.

3. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения, М.: Физматгиз, 1963. 472 с.

4. Бабаян Э.В., Громовой Э.А., Шурыгин М.Н. Новая реолого-гидравлическая программа углубления скважин // Неф-хозяйство, № 2, 2000. С. 23-26.

5. Бадовский Н.А., Файман В.П. Борьба с осложнениями при бурении глубоких скважин за рубежом. М,: ВИЭСМ, 1986. - 76 С.

6. Борисенко Л.В. Промывочные жидкости для бурения горизонтальных нефтяных и газовых скважин. Зарубежный опыт. Доклад. Семинар «Горизонтальные скважины». Москва, ГАНГ Им. И. М. Губкина, 1998.

7. Бурение наклонных и горизонтальных скважин: Справочник / Под ред. А.Г. Калинина. М.: Недра, 1997.

8. Бухман Ю.А., Липатов В.И., Литвинов А.И. и др. Геодинамика нелинейных вязкопластичных сред. J. Non-Newtonion Fluid Mechanics, 1982, v.10, №№3-4, p. 215.

9. Басарыгин Ю.М., Матвеев Д.Ф. Новые жидкости для заканчивания скважин.//Стр-во газ. и газоконденсат, скважин. ВНИИ природ, газов и газ. технол. (ВНИИГАЗ), 1993, С. 130-134.

10. Васильев Ф.П. Методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1980.

11. Васильченко С. В., Потапов А. Г. Условия образования шламовых дюн в наклонных участках скважины. Доклад / II Международный семинар «Горизонтальные скважины». Москва, 27-28 декабря 1997 г.

12. Виноградова И.Э. Противоизносные присадки к маслам. -М.-.Химия, 1972.-272с.

13. Гасумов Р.А., Шмельков В.Е., Каллаева Р.Н., Вагина Т.Ш. Технологические жидкости для глушения и восстановления работы скважин// Газовая промышленность. 1997. - №9 - С.36.

14. Гено А. Проблема неустойчивости ствола скважины на больших глубинах // Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти. М.: Мир, 1994. С. 97-107.15.