Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование технологии приготовления и применения буровых растворов на основе сухих полимерных смесей

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологии приготовления и применения буровых растворов на основе сухих полимерных смесей"

На правах рукописи

БАННИКОВА ОЛЕСЯ ЮРЬЕВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ СУХИХ ПОЛИМЕРНЫХ СМЕСЕЙ

Специальность 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005567458

15 АПР 2015

Бугульма-2015

005567458

Работа выполнена на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» Уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие

доктор технических наук, профессор Агзамов Фарит Акрамович

Крысин Николай Иванович

доктор технических наук, профессор, филиал ООО «Лукойл-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» в г. Перми, отдел бурения, ведущий научный сотрудник

Фатхутдинов Исламнур Хасанович

кандидат технических наук, ООО «Промышленная химия» ГК «Миррико», отдел химических реагентов для бурения, старший специалист

ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 28 мая 2015 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 222.018.01 в Татарском научно-исследовательском и проектном институте нефти (ТатНИПИнефть) по адресу: 423236, Республика Татарстан, г. Бугульма, ул. М. Джалиля, 32.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Татарского научно-исследовательского и проектного института нефти www.tatnipi.ru

Автореферат разослан « апреля 2015 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Львова Ирина Вячеславовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективность строительства нефтяных и газовых скважин во многом зависит от качества буровых растворов, в свою очередь, определяемого технологией их приготовления. Низкое качество буровых растворов является причиной 30-60% осложнений и аварий, связанных с осыпями и обвалами, поглощениями и др.

Совершенствование качества буровых растворов опирается на множество аспектов - от теоретических представлений о коллоидных системах до использования различных физико-химических эффектов взаимодействия реагентов, в том числе и синергетических, обеспечивающих стабильные свойства промывочных жидкостей и экономию химических материалов.

Перспективным направлением повышения качества буровых растворов является их получение из смесей сухих порошкообразных компонентов. Применение сухих смесей определенного состава для приготовления промывочных жидкостей позволит избежать или снизить до минимума степень недостатков, присущих традиционной технологии, упростит их приготовление, а применение самих растворов обеспечит предупреждение и ликвидацию различных видов осложнений в процессе бурения скважин.

Цель работы. Повышение эффективности строительства скважин применением буровых растворов, приготовленных на основе сухих полимерных смесей (на примере месторождений Республики Башкортостан).

Задачи исследования.

1. Анализ результатов применения буровых растворов и обоснование соответствия параметров сложившимся геологическим условиям бурения скважин.

2. Исследование механизмов взаимодействия в полимер-глинистых и безглинистых биополимерных системах.

3. Разработка составов сухих полимерных смесей (СПС), обеспечивающих получение буровых растворов с заданными параметрами.

4. Совершенствование технологии приготовления буровых растворов на основе СПС.

5. Проведение опытно-промысловых испытаний разработанных буровых растворов на основе СПС и оценка их эффективности.

Научная новизна.

1. Впервые установлено, что организация надмолекулярной интерполимерной структуры в растворе, получаемом из сухой полимерной смеси реагентов Се1ро1 ИХ, Праестол-2540 и Ма2С03, улучшает параметры промывочной жидкости (транспортирующая способность в 1,8 раза и показатель фильтрации в 2,5 раза) по сравнению с аналогичными параметрами растворов, приготовленных способом поочередного ввода реагентов.

2. Качественно и количественно обосновано, что взаимодействие ацетатных и пирувантных группировок ксантанового биополимера и гидро-ксильных группировок гуаровой смолы способствует повышению реологических параметров бурового раствора более чем на 35%, а снижение показателя фильтрации более чем на 30% достигается использованием в составе сухой полимерной смеси ксантанового биополимера и крахмального реагента в концентрации соответственно 0,5% и 1,6%.

3. Экспериментально на функционально логическом уровне обоснован алгоритм определения критической области размеров кольматирующих агентов для создания в стенках скважины гидравлического экрана, препятствующего проникновению фильтрата бурового раствора в поглощающие и продуктивные пласты.

Теоретическая значимость работы.

1. Теоретически показано и практически установлено возникновение синергетического эффекта при формировании надмолекулярной и интерполимерной структуры в полимерных системах.

2. Получены адаптирующие коэффициенты приведения, позволяющие прогнозировать реальный размер каналов поглощающего горизонта в гранулярных и трещиноватых коллекторах.

Практическая значимость работы.

1. Создана база данных по буровым растворам и осложнениям, анализ которой выявил предпосылки для разработки составов СПС.

2. Разработаны рецептуры буровых растворов на основе СПС для всего цикла строительства скважин, обеспечивающие повышение основных технико-экономических показателей бурения.

3. Разработана и предложена технология получения сухих полимерных смесей и приготовления буровых растворов с использованием установки НР-150, позволяющей кратно снизить время приготовления промывочной жидкости с проектными технологическими параметрами.

4. Разработан СТО 7.07-2010 «Методика определения технологических параметров буровых растворов» для применения в аккредитованных лабораториях, содержащих современное оборудование.

5. Результаты диссертационной работы внедрены в практику буровых работ путем включения в проектно-сметную документацию строительства скважин.

6. Разработан алгоритм подбора кольматирующих агентов, применяемый при составлении проектно-сметной документации на строительство скважин при подборе смесей кольматантов для предупреждения и ликвидации осложнений в бурении.

Методы исследования. Поставленные задачи решались в сертифицированной лаборатории при использовании стандартных и специально разработанных методик (СТО 7.07-2010) определения реологических и технологических свойств промывочных жидкостей. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась методами математической статистики с использованием компьютерных программ Statistica W/6/0, Excel 2003 и Mathcad.

На защиту выносятся.

1. Результаты исследований механизмов синергетического взаимодействия в полимер-глинистых и безглинистых биополимерных системах.

2. База данных по буровым растворам и осложнениям Drilling, интерфейс системы управления базой данных.

3. Технология получения СПС, алгоритм подбора комплексных смесей кольматантов для профилактики поглощений.

4. Результаты промысловых работ при строительстве скважин.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы обсуждались на: межрегиональной молодежной конференции «Север-геоэкотех». Ухта, 2009, 2012; II Международной научно-технической конференции, посвященной памяти Мавлютова М.Р. «Повышение качества строительства скважин». Уфа, 2010; X юбилейной конференции молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа. Югра, 2010; V Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 80-летию РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина и 50-летию кафедры технологии химических веществ для нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Москва, 2010; научно-технической конференции, посвященной 100-летнему юбилею М.В. Мальцева. г.Октябрьский, 2010; международной научно-технической конференции «Китайско-российское научно-техническое сотрудничество. Наука-образование-инновации». Харбин, 2010, 2011; научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. Уфа, 2011; научно-технической конференции ООО «БашНИПИнефть». Уфа, 2011; всероссийской с международным участием научно-практической конференции. Практические аспекты нефтепромысловой химии. Газ. Нефть. Технологии-2011, Уфа.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных работах, в том числе 3 работы в рецензируемых научно-технических журналах, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с рекомендациями ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 137 источников, содержит 210 страниц машинописного текста, 43 рисунка и 44 таблицы.

Автор считает своим долгом выразить признательность и благодарность преподавателям и сотрудникам кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» УГНТУ, консультанту Самсыкину A.B. и сотрудникам отдела строительства скважин ООО «БашНИПИнефть», за помощь, оказанную при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследований, отражена научная новизна, теоретическая и практическая ценность выполненной работы.

В первой главе на основе анализа литературных и промысловых данных охарактеризованы геолого-технологические условия строительства скважин на месторождениях Республики Башкортостан (РБ), выявлены основные виды осложнений, проанализировано качество современных типов буровых растворов и технологии их приготовления, установлены технологические параметры и недостатки, требующие улучшения и совершенствования. Выделены приоритетные направления, позволяющие повысить качество современных буровых растворов.

Изучением различных свойств промывочных жидкостей и реагентов, разработкой и совершенствованием рецептур буровых растворов для повышения качества строительства скважин, предупреждением различных видов осложнений, а так же совершенствованием технологии приготовления буровых растворов в той или иной степени занимались многие российские и зарубежные ученые: Аветисян Н.Г., Андресон Б.А., Городнов В.Д., Доценко Ю.Г., Егоренко Б.Ф., Жигач К.Ф., Жуховицкий С.Ю., Кистер Э.Г., Крылов В.И., Конесев Г.В., Кошелев В.Н., Круглицкий H.H., Кудряшов Б.Б., Крысин Н.И., Мавлютов М.Р., Новиков B.C., Рылов Н.И., Пеньков А.И.,

Поляков В.Н., Попов А.Н., Фукс Г.И., Юсупов И.Г., Ясов В.Г., Shi-Ling Yuan, Siavomir S и другие.

Одним из перспективных направлений совершенствования качества буровых растворов является разработка рецептур, содержащих эффективные химические реагенты, учитывающие порядок, способ ввода и обеспечивающие получение растворов, с требуемыми технологическими свойствами, заложенными уже на стадии приготовления.

Сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе определены объекты исследования и их основные характеристики, обоснованы и уточнены методики проведения экспериментов.

Бурение под направление и кондуктор в основном ведется на глинистых растворах, а дальнейшее бурение, в том числе и вскрытие продуктивных пластов, осуществляется на безглинистых растворах. В связи с этим, дальнейшая работа связывалась с теоретическими и практическими исследованиями механизмов взаимодействия компонентов данных типов растворов.

Для приготовления глинистого раствора использованы глинопорошки на основе глин Талалаевского ( Л И) и Воскресенского (ВГП) месторождений, отличающиеся низкой степенью коллоидальности (Ктгп=47,11% и Квгп=68,26%).

Для улучшения технологических свойств глинистого раствора применяются различные методы, в том числе и физико-химическое воздействие посредством применения высокомолекулярных полимеров (экстендеров) и солей щелочных металлов, повышающих катионо-обменную активность глины.

На начальном этапе исследований определялось влияние различных полимерных композиций на глину с целью ее модифицирования.

Критерием оценки приняты значения эффективной вязкости (ЭВ) при скорости сдвига 1022 с'1, вязкости при низких скоростях сдвига 0,0636 с'1 (ВНСС) и показателя фильтрации (ПФ) при минимальных концентрациях компонентов.

В качестве полимерных композиций рассмотрены отечественные и зарубежные эфиры целлюлозы с высокой степенью полимеризации и наибольшей степенью замещения карбоксиметильных групп и высокомолекулярные синтетические полимеры типа частично гидролизованных полиакри-ламидов (ЧГПАА).

В результате исследований определено, что использование модифицирующих реагентов способствует обеспечению необходимых технологических параметров у буровых растворов, полученных на основе низкокачественных глин.

Наилучшие результаты отмечены у водных растворов реагентов Се1ро1 ЮС и Праестол-2540 при минимальной их концентрации.

Необходимо отметить, что все исследуемые реагенты использовались в сочетании с ЫагСОз, предназначенной для повышения пептизации глинистых частиц. В ходе экспериментов установлено, что содержание На2С03 в концентрации 3% обеспечивает максимальную пептизацию частиц глины.

Переход от глинистой основы в промывочных жидкостях к полисаха-ридной вызван, в первую очередь, повышенными требованиями к качеству вскрытия продуктивных пластов, а также увеличением строительства наклонно направленных и горизонтальных скважин с большим отходом забоев от вертикали, что связано со значительно более сложной гидравлической программой промывки. В связи с этим, становится актуальным использование псевдопластичных жидкостей, обладающих повышенной ВНСС и низкими значениями показателей нелинейности в трубах п(р) и затрубном пространстве п(а), обеспечивая наиболее эффективную очистку ствола скважины от шлама.

Псевдопластичность является следствием формирования сложного агломерата молекулами с высоким молекулярным весом посредством образования водородных связей и конформации цепи полимера, что является причиной повышения вязкости при низкой скорости сдвига, а также объясняет высокие суспендирующие свойства биополимеров. Стабилизация таких

структур достигается посредством преобразования водородных связей, а дестабилизация - посредством проявления сил отталкивания между отрицательно заряженными группами перекрывающихся боковых цепей.

В ходе исследований по разработке полисахаридного бурового раствора использовались типичные рецептуры, включающие в себя следующие группы компонентов:

- ксантановая (Xanthan Gum, Wenda Co., Ltd) и гуаровая (Гуамин HV, ООО «СХТ», г.Казань) смолы;

- ксантановая смола (Xanthan Gum, Wenda Co., Ltd) и крахмал (ФИТО-РК, ООО НПК «Спецбуртехнологии», г.Москва).

При этом учитывалось, что данные реагенты наиболее часто используются в процессе приготовления полисахаридных растворов, а также оказывают существенное влияние (до 75-90%) на формирование структурно-реологических и фильтрационных свойств данных растворов.

Для проверки эффектов взаимодействия вышеуказанных химических реагентов проведены экспериментальные исследования по определению их влияния на изменение реологических показателей буровых растворов. По результатам составлена математическая модель аддитивного взаимодействия компонентов в смеси.

Факторное пространство эксперимента представляло собой декартово произведение двух областей: концентраций Xanthan Gum и Гуамин HV и концентраций Xanthan Gum и ФИТО-РК.

Для получения аддитивной модели рассмотрено влияние каждого из факторов при минимальном значении другого:

ВД, Х2) = Yi(Xi, X2mirt) + Y^Ximin Xz) — Yj(Ximin, X2min>,

где Yi(Xi, X2min), Yi(X,min XJ - регрессионные функции.

В случае, если влияние реагентов на технологические параметры Yi суммируется без учета их взаимодействия, то имеет место аддитивность факторов.

По вычисленным значениям У^Х;, Х2) и фактическим данным определялось наличие положительного или отрицательного эффекта взаимодействия между факторами А}-,.

В третьей главе приведены результаты исследования влияния межмолекулярных взаимодействий в полимер-глинистых и безглинистых биополимерных системах.

Результаты исследований влияния содержания компонентов в системах «ТГП (ВГП) - №2С03 - Се1ро1 ЮС» и «ТГП (ВГП) - №2С03 - Праестол-2540» на фильтрационные показатели растворов приведены в таблице 1, а на реологические параметры - рисунок 1.

Таблица 1 — Результаты исследований экстендеров на ПФ и ВНСС

растворов на основе сухой смеси

Состав сухой смеси, % ПФ, мл ВНСС, сПз

10% ТГП + 3% №2С03 + 0,8% Праестол-2540+Н20 10,7 4599

15% ТГП + 3% >4а2С03 + 0,5% Праестол-2540+Н20 11,4 30493

20% ТГП + 3% Ыа2СОз + 0,2% Праестол-2540+Н20 12,8 40091

10% ТГП + 3% №2СОз + 0,8% Се1ро1 ЮС+Н20 4,8 999,8

15% ТГП + 3% №2С03 + 0,5% Се1ро1 КХ+Н20 6,3 26894

20% ТГП + 3% Ыа2С03 + 0,2% Се1ро1 КХ+Н20 6,9 36292

4% ВГП + 3% Ка2СОз + 0,8% Праестол-2540+Н20 9,6 789

8% ВГП + 3% №2СОз + 0,5% Праестол-2540+Н20 9,5 50589

10% ВГП + 3% №2СОз + 0,2% Праестол-2540+Н20 10,2 65894

4% ВГП + 3% №2СОз + 0,8% Се1ро1 ЮС+Н20 6,9 1000

8% ВГП + 3% №2СОз + 0,5% Се1ро1 ЯХ+Н20 6 63289

10% ВГП + 3% На2СОз + 0,2% Се1ро1 ЯХ+Н20 8,4 74359

Концентрация глинопорошка указана в г/1000 мл воды, а остальных компонентов — в масс.% к глинопорошку.

Из графиков видно, что при определенных концентрациях глинопорошка и экстендеров существует область значений, характеризующаяся резким нелинейным ростом реологических показателей.

При увеличении концентрации Се1ро1 КХ и повышении содержания глинистой фазы отмечен рост ВНСС, но менее выраженный, чем при использовании Праестол-2540 в аналогичных условиях. Данная закономер-

ность объясняется более высокими энергиями водородных связей между карбоксильными и амидными группами в макромолекулах ЧГПАА, по сравнению с энергиями водородных связей в молекулах ПАЦ, образованными гидроксильными группами. В то же время, как следует из данных таблицы 1, Се1ро1 ЮС в большей степени способствует снижению ПФ растворов.

ЭВ, мПа с

Рисунок 1 - Результаты исследований влияния экстендеров и глинопорошков на значения эффективной вязкости раствора (а-ТГП, б-ВГП)

Исследования показали возможность получения полимер-глинистых буровых растворов, с требуемыми значениями реологических параметров и показателя фильтрации, при комбинированном использовании смеси экстендеров двух типов в сочетании с кальцинированной содой и глинопорошком (рисунок 2).

ЭВ, мПа с

Се1ро1КХ,

ТТЛ, г/л

а)

ЭВ, мПа с

Праестол-2540, Уо

Праестол-2540, %

ВГП, г/л

СеЩо! ЮС,

Праетл-2540,

Се1ро1 ВХ,

Праеегол-2540,'

Праесгол-25.М,

СеГро! ИХ,

мл

Се1ро1 "о 0.5-

Прае(|оп-2540,

Праестол-2540,

Рисунок 2 - Результаты исследований влияния экстендеров на технологические свойства глинистого раствора (а - ТГП, б - ВГП)

Дальнейшие исследования влияния межмолекулярных взаимодействий проводились с компонентами безглинистого бурового раствора. Проанализированы зависимости п(р) и п(а) от концентрации водных растворов полимеров, которые показали, что растворы ксантановой и гуаровой смол при высоких скоростях сдвига (эквивалентных, возникающим в бурильных трубах) проявляют псевдопластичные свойства, усиливающиеся с увеличением концентрации. При этом в области средних скоростей сдвига (5..170 с"') показатель нелинейности п(а) раствора с гуаровой смолой заметно больше, чем у раствора с ксантановым биополимером. При сравнении показателей псевдопластичности данных растворов установлено, что при низких скоростях сдвига, рост значений вязкости у раствора, содержащего ксантановый био-

полимер, при повышении его концентрации, происходит интенсивней, чем у раствора, содержащего гуаровую смолу.

Экспериментальные данные (рисунок 3) показывают, что при взаимодействии ксантанового и гуарового биополимеров наблюдается устойчивая тенденция к повышению значений реологических показателей по сравнению с аддитивной моделью. По нашему мнению, усиление реологических свойств раствора на основе сухой смеси, содержащей гуаровую и ксантано-вую смолы, связано с образованием водородных связей не только посредством гидроксильных групп, но и ацетатных и пируватных группировок. Также существенное влияние на вязкость растворов оказывает конформация макромолекул полисахаридов.

Рисунок 3 - Результаты исследований влияния биополимеров на показатели вязкости и псевдопластичности

Вполне вероятно, что обсуждаемые выше водородные связи также способствуют образованию разветвленной конформации макромолекул ксантановой или гуаровой камеди.

Несмотря на то, что в смеси исследуемые компоненты показывают более высокие значения п(р) и п(а), наблюдаемый эффект усиления вязкостных свойств, в том числе и при низких скоростях сдвига, положительно влияет на транспортирующую способность бурового раствора.

Таким образом, за счет эффектов взаимодействий, определенных у рассматриваемых полимеров, возможно получение более дешевой сухой смеси биополимеров для приготовления промывочной жидкости в качестве альтернативы однокомпонентным растворам тех же полисахаридов.

Также проведены лабораторные исследования по определению влияния эффектов взаимодействия биополимерного и крахмального реагентов на изменение технологических параметров растворов.

Результаты расчетов (таблица 2) и их графическая интерпретация (рисунок 4), свидетельствуют о снижении псевдопластичных свойств и отсутствии эффекта взаимодействия при совместном использовании биополимерного и крахмального компонентов в составе полисахаридного бурового раствора. Положительный эффект взаимодействия наблюдается только для показателя фильтрации.

Таблица 2 - Расчетные значения по аддитивной модели и эффекты взаимодействия между факторами

ФИТО-РК % ХапШап Сит, % Уув ^п(а) Упф Дув, % Ап(а), % Дпф, %

0,8 0,3 27 0,449 7,8 0,0 0,0 0,0

0,8 0,4 36,6 0,308 7,5 0,0 0,0 0,0

0,8 0,5 42,5 0,271 6,7 0,0 0,0 0,0

1,2 0,3 33 0,391 7,2 0,0 0,0 0,0

1,2 0,4 42,6 0,250 6,9 -25,3 29,1 -22,5

1,2 0,5 -р. оо 1л 0,213 6,1 -12,3 27,4 2,3

1,6 0,3 32 0,387 6,8 0,0 0,0 0,0

1,6 0,4 41,6 0,245 6,5 -6,7 31,3 -9,3 !

1,6 0,5 47,5 0,209 5,7 -12,3 38,5 -32,3

ПФ. мл

Рисунок 4 - Результаты исследований влияния биополимерного и крахмального реагентов на показатель фильтрации раствора

По результатам полнофакторного эксперимента для разработанных составов СПС получены математические модели, обеспечивающие выбор требуемых рецептур буровых растворов под конкретные условия бурения, на основе которых разработан и реализован алгоритм оптимизации СПС по заданным параметрам буровых растворов.

В четвертой главе исследован порядок ввода реагентов для приготовления буровых растворов:

A) Последовательный ввод компонентов: Н20 —> ТГП (перемешивание в течение 2-х часов) —» Ка2ТО3 (перемешивание в течение 30-ти минут) —> Се1ро1 ЮС (перемешивание в течение 1-го часа) —> Праестол-2540 (перемешивание в течение 1-го часа).

Б) Последовательный ввод компонентов: Н20 —> ТГП (перемешивание в течение 2-х часов) —> Ыа2С03 (перемешивание в течение 30-ти минут) —» Праестол-2540 (перемешивание в течение 1-го часа) —> Се1ро1 ЮС (перемешивание в течение 1-го часа).

B) Одновременный ввод компонентов в виде сухой смеси: Н20 + (ТГП +Ка2С03 +Се1ро1 ЮС+Праестол-2540), перемешивание в течение 2-х часов.

Результаты измерений технологических параметров, исследуемых буровых растворов, приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты исследования технологических параметров буровых растворов в зависимости от способа приготовления

Порядок ввода Состав раствора УВ, с ПВ мПас ПФ, мл внсс, сПз

А 15% ТГП+ 3% Ма2СОз+ 0,3% Се1ро1 ЮС +0,2% Праестол-2540 +Н20 (ост.) 34 14 8,3 18596

Б 15% ТГП +3% Ка2С03 +0,2% Праестол-2540 + 0,3% Се1ро1 ИХ +Н20 (ост.) 28 11 7,2 25395

В 15% ТГП +3% ИагССЬ + 0,3% Се1ро1 ЮС +0,2% Праестол-2540 + Н20 (ост.) 46 15 7,0 41897

А 15% ТГП+3% №2С03+ 0,2% Се1ро1 КХ +0,3% Праестол-2540 +Н20 (ост.) 40 15 7,1 13497

Б 15% ТГП +3% №2С03 +0,3% Праестол-2540 + 0,2% Се1ро1 ЮС +Н20 (ост.) 24 12 8,3 32693

В 15% ТГП +3% Ка2С03 + 0,2% Се1ро1 ЮС +0,3% Праестол-2540 + Н20 (ост.) 44 17 7,4 51188

Из данных таблицы 4 видно, что буровые растворы (система В), приготовленные в виде сухих смесей, характеризуются наилучшими реологическими показателями. По мнению автора, механизм взаимодействия компонентов сухой смеси при приготовлении бурового раствора происходит следующим образом. При одновременном добавлении реагентов Се1ро1 ЯХ и Праестол-2540 полимеры участвуют в конкурентной адсорбции на глинистой поверхности. При этом карбонат натрия, не успев прореагировать с глинистыми частицами, создает в растворе щелочную среду, за счет чего происходит дополнительный гидролиз молекул Праестол-2540, сопровождающийся замещением амидных групп карбоксильными. В результате гидролиза, в растворе остается большее количество неассоциировавших между собой макромолекул ЧГПАА, которые занимают большее число адсорбционных активных центров, за счет чего дополнительно увеличивается вязкость раствора. Макромолекулы Праестол-2540 адсорбируются полярной частью на отрицательно заряженной глинистой поверхности, а неполярная часть переходит в дисперсионную среду. При этом они создают так называемые активные центры для дополнительной адсорбции Се1ро1 ИХ за счет гидрофобных взаимодействий с молекулами ЧГПАА.

Таким образом, результаты лабораторных исследований по выбору способа приготовления бурового раствора показали, что растворы, приготовленные на основе СПС, по технологическим параметрам существенно превосходят растворы, приготовленные посредством раздельного ввода компонентов.

Известно, что модифицированные крахмалы, эфиры целлюлозы, а также различные биополимеры в составе бурового раствора подвергаются микробиологической деструкции, что приводит к ухудшению технологических параметров, дополнительной обработке дорогостоящими реагентами, увеличивая в конечном итоге стоимость буровых работ.

В качестве бактерицида рассмотрены реагенты Дарсан-Н и Сонцид-8104. Действие указанных реагентов на свойства раствора оценивали по изменению следующих показателей:

- вязкость при низких скоростях сдвига (ВНСС);

- показатель водородных ионов рН.

По результатам лабораторных исследований установлено, что в концентрации 0,1% бактерицид марки Дарсан-Н позволяет сохранять стабильные значения ВНСС (50000-55000 сПз) и рН=9 в течение более 60 сут., ин-гибируя процессы биодеструкции и сохраняя первоначальные реологические параметры растворов стабильными.

Для профилактики и ликвидации поглощений бурового раствора, как одного из существенных осложнений при бурении на месторождениях РБ, в его составе должны присутствовать кольматирующие агенты, обеспечивающие в процессе бурения создание в стенках скважины тонкого непроницаемого экрана, закупоривающего поглощающие каналы, а так же повсеместно снижающего риск возникновения и других видов осложнений.

Для оценки геометрического фактора (соотношения размера частиц дисперсной фазы и поровых каналов) предложен алгоритм, позволяющий по известным значениям проницаемости (£,) и пористости (т/) поглощающих пород, разбитых на определенные сочетания (£,/«,), оценить диаметр погло-

щающих каналов и обоснованно подобрать фракционный размер необходимого кольматанта или его смесь не только для ликвидации уже возникшего поглощения, но и для своевременного его предупреждения при дальнейшем бурении.

Анализ реальных геометрических размеров и форм проницаемых каналов позволил, использованием зависимости Козени-Кармана, ввести уточняющие коэффициенты в расчетные формулы для определения усредненного диаметра и степени раскрытости трещин коллекторов.

В таблице 5 приведены рекомендации по подбору кольматантов и их смесей.

Таблица 5 - Рекомендации по подбору смесей кольматантов

Стратиграфическое подразделение Диаметр частиц кольматанта для сочетаний, мм Комплекс сухой смеси кольматантов на единицу объема бурового раствора

Ьт! (а) к!ГП2 (Ь) к2гп1 (с) к2т2 №

Четвертичные 0,62 0,51 1,19 0,97 19%(а)+15 %(Ь)+3 6%(с)+3 0%((1)

Уфимский 0,20 0,12 0,62 0,36 15%(а)+9%(Ь)+48%(с)+28%(с1)

Кунгурский 0,42 0,31 0,76 0,56 20%(а)+16%(Ь)+37%(с)+27%(<1)

Артинский 0,52 0,27 1,65 0,85 16%(а)+8%(Ь)+51 %(с)+25%(с1)

Сакмаро-ассельский 0,23 1,45 1,20 0,77 6%(а)+40%(Ь)+3 3 %(с)+21 %(с!)

Верейский 0,09 0,04 1,55 0,69 4%(а)+2%(Ь)+65%(с)+29%(с1)

Серпуховский 0,66 0,27 5,51 2,25 8%(а)+3%(Ь)+63%(с)+26%((1)

Турнейский 0,29 0,14 5,63 2,69 3 %(а)+3 %(Ь)+64%(с)+3 0%((1)

Фаменский 0,30 0,17 1,34 0,77 11 %(а)+7%(Ь)+52%(с)+3 0%((1)

Экспериментально установлено, что ввод разнофракционных кольматантов в состав бурового раствора в концентрации 3-5% способствует существенному снижению фильтрации раствора в пласт, не ухудшает его основные параметры и улучшает качество мероприятий по профилактике различных видов осложнений. Данные рекомендации реализованы при формировании составов сухих полимерных смесей.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать составы СПС для приготовления как глинистых, так и безглинистых буровых растворов с учетом различных вариантов профилак-

тики осложнений, реализованные в лаборатории ООО «БашНИПИнефть» (таблица 6).

В пятой главе разработана технологическая схема получения сухих смесей для приготовления буровых растворов с регламентированными параметрами при строительстве скважин, позволяющая для каждой конкретной скважины получить такой состав бурового раствора, который бы обеспечивал наибольшую эффективность бурения с возможностью профилактики возникающих осложнений. Предложены рекомендации по совершенствованию метода приготовления буровых растворов на основе СПС путем применения эжекторной установки НР-150, рекомендованной для применения на буровой.

Приведены результаты опытно-промысловых испытаний, разработанных сухих полимерных смесей и буровых растворов на их основе, на Вол-ковском (скв.1710), Каюмовском (скв.88) и Татышлинском (скв.131) месторождениях, доказывающие перспективность дальнейшего применения буровых растворов на основе СПС.

Основные выводы и рекомендации

1. По результатам анализа строительства более 35 тыс. скважин на месторождениях РБ создана база данных по буровым растворам и осложнениям, для каждого интервала конструкции скважины обоснованы рекомендуемые диапазоны параметров буровых растворов, соответствующие сложившимся горно-геологическим условиям бурения.

2. Получены составы глинистого БР из смеси реагентов Се1ро1 ИХ, Праестол-2540 и №2С03, имеющие показатель фильтрации в 2,5 раза ниже, а также высокие структурно-реологические параметры по сравнению с аналогичными растворами, приготовленными по традиционной технологии, за счет организации в буровом растворе надмолекулярной интерполимерной структуры.

3. Установлено, что взаимодействие ксантанового и гуарового биополимеров обеспечивает устойчивое повышение вязкостных свойств (до 35%),

Таблица 6 — Составы сухих смесей для приготовления глинистых и безглинистых буровых растворов

Состав раствора, приготовленного на основе СПС Параметры раствора

Р'з кг/м УВ, с ПФ, мл СНС, дПа эв, мПас дне, дПа КП, с"1 рн ВНСС, сПз Ктр (20 мин)

Юс 10 мин

15%ТГП+(3%№2С03+0,3% Прае-стол-2540 +0,2% Celpol RX)* +0,05% МДК «Кварц»**+3,5% мраморная мука+Н20 шо 28 4,7 16,8 24 10 43,1 431 9,23 28094 -

6,5%Bm+(3%Na2C03 +0,2% Прае-стол-2540 +0,4% Celpol RX)* +l,5%Flonat Fine+4% мраморная му-ка+Н20 1050 28 6,1 21,6 31,1 9 92,7 585 9,58 31293 -

2,7% Xantan Gum+1,15 % Гуамин HV+1,5 % ФИТО-РК+3%КС1+1% Микан-40+ (0,1%Дарсан +0,025%NaC)H)***+15% мраморная мука+ 0,03% МДК «Кварц»**+Н20 1100 37 4,3 43,1 57,5 14 95,8 684 8,76 23869 0,1640

3,9% Xantan Gum +1,3% Гуамин HV +2% ФИТО-РК+ 0,5%КС1+ 0,05% Лаурилсульфат Na+ (0,1%Дарсан+ 0,025NaC)H)*** +Н20 940 64 4,6 62,2 76,6 16 148,5 928 8,85 48000 0,2035

* — концентрация глинопорошка указана в г/1000 мл воды, а остальных компонентов — в масс. % к глинопорошку.

** - вводится с углеводородной фазой.

*** - предварительно обрабатывается вода.

положительно сказываясь на транспортирующей способности раствора, а взаимодействие ксанганового биополимера и крахмального реагента - существенное снижение показателя фильтрации (до 30 %).

4. Показано, что применение подобранных по предложенному алгоритму комплексов кольматантов способствует снижению показателя фильтрации бурового раствора в 2,29-2,62 раз.

5. Рекомендуется, для устранения микробиологической биодеструкции в полисахаридных буровых растворах, использовать биоцид Дарсан-Н в концентрации 0,07-0,1%.

6. Для всех месторождений РБ по интервалам бурения разработан реестр буровых растворов и рецептуры сухих полимерных смесей с регламентированными параметрами. Для всех составов СПС построены соответствующие математические модели и реализован алгоритм оптимизации сухих полимерных смесей по заданным параметрам.

7. Разработана и предложена технология получения сухих полимерных смесей и приготовления буровых растворов с использованием установки HP-150, позволяющей сократить время приготовления промывочной жидкости с проектными технологическими параметрами до 4 часов.

8. По анализу результатов опытно-промысловых испытаний БР, приготовленных на основе СПС, установлена их дальнейшая перспективность, экономическая эффективность от применения составила 2759728,2 руб./скв. по ценам 2009 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих научных трудах, из них № 10, 11, 12 - в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с рекомендациями ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Шарова, О. Ю. Критерии подбора сухих смесей для приготовления буровых растворов с учетом геолого-технических условий проводки скважин / О. Ю. Шарова // Материалы X Юбилейной конференции молодых специалистов

организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа - Югры. - Ханты-Мансийск, 2010. - С. 294-297.

2. Влияние акриловых (со)полимеров на характеристики глинистых буровых растворов / Е. И. Константинова, О. Ю. Шарова, JI. В. Степанова, 3. М. Кутлугужина // Нефтепромысловая химия: материалы V Всерос. науч.-практ. конф. / РГУ нефти и газа им. И. И. Губкина. - М., 2010. - С. 39.

3. Клеттер, В. Ю. Эффекты взаимодействия биополимерных химических реагентов в составе промывочных жидкостей на водной основе / В. Ю. Клеттер, О. Ю. Шарова, Р. А. Мулюков // Повышение качества строительства скважин: II Междунар. науч.- техн. конф. - Уфа, 2010. — С. 249-254.

4. Перспективы применения буровых растворов, приготовленных на основе сухих смесей / О. Ю. Шарова, Р. А. Мулюков, Н. Ю. Кузнецова [и др.] // Китайско-российское научно-техническое сотрудничество. Наука - образование -инновации: материалы III Междунар. науч.- техн. конф. / УГАТУ - Уфа, 2010. -С. 91-92.

5. Компьютерное моделирование в прогнозировании осложнений и управление свойствами буровых растворов при бурении / Ю. Б. Линд, В. Ю. Клеттер, О. Ю. Шарова [и др.] // Сборник научных трудов ООО «БашНИПИнефть». - Уфа, 2011.-Вып. 122.-С. 204-214.

6. Подбор реагентов в качестве комплекса кольматантов для предупреждения поглощений / Р. А. Мулюков, О. Ю. Шарова, А. В. Самсыкин [и др.] // Практические аспекты нефтепромысловой химии: тез. докл. Всерос. науч.- практ. конф. с междунар. участием. - Уфа, 2011. - С. 50.

7. Шарова, О.Ю. Совершенствование технологии и оборудования для приготовления и обработки буровых растворов / О.Ю. Шарова // Практические аспекты нефтепромысловой химии: тез. докл. Всерос. науч. - практ. конф. с международным участием. - Уфа, 2011. - С. 53-54.

8. Комплексный подход к совершенствованию составов и технологии приготовления буровых растворов / О. Ю. Шарова, В. Ю. Клеттер, А. В. Самсыкин

[и др.] // Китайско-российское научно-техническое сотрудничество. Наука - образование - инновации: материалы VI Междунар. науч.-техн. конф. - Уфа, 2011. -С. 28.

9. Комплексные мероприятия по профилактике и изоляции зон осложнений в процессе бурения скважин / А. В. Самсыкин, И. И. Ярмухаметов, О. Ю. Шарова [и др.] // Инновационные решения в строительстве скважин: материалы Всерос. науч.-техн. конф. / УГНТУ - Уфа, 2011. - С. 76-80.

Ю.Методики подбора комплексных сухих смесей кольматантов для предупреждения и ликвидации зон осложнений / О. Ю. Шарова, А. Ф. Галиев, А. В. Самсыкин, Ф. А. Агзамов [и др.] // Территория Нефтегаз. - 2012. - № 5. -С. 34-37.

11. Исследование эффектов синергетического взаимодействия композиций реагентов в глинистых буровых растворах / О. Ю. Шарова, В. Ю. Клеттер,

A.B. Самсыкин, Ф. А. Агзамов [и др.] // Территория Нефтегаз. - 2012. - № Ю. -С. 16-19.

12. Исследование эффектов синергетического взаимодействия ксантановой и гуаровой смол в водных растворах / О. И. Валиева, О. Ю. Шарова,

B. Ю. Клеттер [и др.] И Вестник Башкирского университета. - 2013. - Т. 18. - № 1. -С. 52-55.

Отпечатано в типографии ООО «БашНИПИнефть» 450006, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул.Ленина, 86/1 E-mail: bashnipineft @ bashnefl.ru Тираж 100 экз. Заказ 120/3