Буровые реагенты и растворы для их приготовления

Департамент образования  и науки

Ханты-Мансийского автономного  округа

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ-ХМАО

Экономический факультет

Кафедра химии

 

 

 

Курсовая работа

на тему:

Буровые реагенты и растворы для их приготовления

 

 

 

                                    Выполнил(а): ______________

                                                                                                                      

               

                                                        студент(ка) _________

                     

Руководитель: доц. Ю.Ю.Петрова

Сургут 2009г.

 

Содержание

 

Введение

 

Широкое распространение  в настоящее время при бурении, и особенно при заканчивании скважин  получили  буровые растворы.

Применение буровых растворов при заканчивании скважин позволяет не только улучшить качество вскрытия пласта, но и сократить цикл строительства за счет уменьшения затрат времени на испытание и освоение. [1,с.34].

С применением буровых  растворов связаны  экологические проблемы, связанные с опасностью загрязнения окружающей среды токсичными отходами бурения и компонентами входящих в их состав (среди которых наиболее токсичны, например: нефть, дизельное топливо и продукты нефтепереработки, ПАВ).

С ухудшением экологической обстановки в районах бурения, особенно в заповедных и природоохранных зонах и с началом разработки отечественного морского шельфа, к буровым растворам и химическим реагентам ужесточаются экологические требования.

Актуальной задачей  является исследование отечественных продуктов - дисперсионной среды растворов на синтетической основе. Оценка токсичности и экологичности компонентов в соответствии с развивающимся экологическим законодательством РФ.

Известен успешный опыт применения различных буровых растворов для капитального ремонта, глушения и освоения, перфорации скважин, обработки призабойной зоны продуктивных пластов и добывающих скважин, гидроразрыва пластов, кислотной обработки карбонатных коллекторов и т.п. [ 2,с.35 ].

 

 

 

 

Аналитический обзор литературы.

 

Литература по буровым  растворам и реагентам по их приготовлению  весьма разнообразна и освещает множество  вопросов, смежных с нашей темой.

Например, рассмотрен тот минимум вопросов, которые должен знать каждый, кто готовится стать инженером-нефтяником. Описаны история применения нефти и газа, развитие и современное состояние нефтяной и газовой промышленности России, взгляды на происхождение нефти. Приводятся сведения о крупнейших месторождениях и мировых запасах нефти и газа. Даны начальные сведения о поиске и разведке нефтяных и газовых месторождений, бурении скважин, разработке залежей и переработке нефти и газа. Освещаются вопросы транспорта, хранения и распределения нефти, нефтепродуктов и газа, а также проектирования и сооружения трубопроводов и хранилищ.

Рассмотрены основные технологические операции при бурении и заканчивании скважин. Приведены применяемые оборудование и инструменты. Рассмотрены материалы и химические реагенты, а также необходимые для инженерных расчетов формулы, графики и таблицы.

Приведены необходимые  сведения о буровых и тампонажных  растворах, основы физикохимии полидисперсных систем, методы химической обработки  растворов. Рассмотрены вопросы  технологии их приготовления, регулирования  свойств, очистки и применения. Для  студентов вузов, обучающихся по специальностям "Бурение нефтяных и газовых скважин", "Разработка нефтяных и газовых месторождений", "Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов".

 

 

 

 

 

 

 

1. Виды буровых растворов

 

При вращательном бурении  нефтяных и газовых скважин в качестве промывочных жидкостей используются:

• агенты на водной основе (техническая вода, естественные буровые растворы, глинистые и неглинистые растворы);
• агенты на углеводородной основе;
• агенты на основе эмульсий;
• газообразные и аэрированные агенты.

Техническая вода - наиболее доступная и дешевая промывочная  жидкость. Имея малую вязкость, она  легко прокачивается, хорошо удаляет  шлам с забоя скважины и лучше, чем другие жидкости, охлаждает долото. Однако она плохо удерживает частицы  выбуренной породы (особенно при прекращении циркуляции), не образует упрочняющей корки на стенке скважины, хорошо поглощается низконапорными пластами, вызывает набухание глинистых пород, ухудшает проницаемость коллекторов нефти и газа.

Естественным буровым  раствором называют водную суспензию, образующуюся в скважине в результате диспергирования шлама горных пород, разбуриваемых на воде.

Основное достоинство  применения естественных буровых растворов  состоит в значительном сокращении потребности в привозных материалах на их приготовление и обработку, что ведет к удешевлению растворов. Однако их качество и свойства зависят от минералогического состава и природы разбуриваемых глин, способа и режима бурения, типа породоразрушающего инструмента. Нередко в них велико содержание абразивных частиц. Поэтому естественные буровые растворы применяют в тех случаях, когда по геолого-стратиграфическим условиям не требуется промывочная жидкость высокого качества.

 

Глинистые буровые растворы получили наибольшее распространение  при бурении скважин. Для бурового дела наибольший интерес представляют три группы глинистых минералов: бентонитовые (монтмориллонит, бейделлит, нонтроиит, сапонит и др.), каолиновые (каолинит, галлуазит, накрит и др.) и гидрослюдистые (иллит, бравиазит и др.). Наилучшими качествами с точки зрения приготовления бурового раствора обладают монтмориллонит и другие бентонитовые минералы. Так, из 1 тонны бентонитовой глины можно получить около 15 м3 высококачественного глинистого раствора, тогда как из глины среднего качества - 4...8 м3, а из низкосортных глин - менее 3 м3.

Глинистые растворы глинизируют  стенки скважины, образуя тонкую плотную  корку, которая препятствует проникновению  фильтрата в пласты. Их плотность  и вязкость таковы, что растворы удерживают шлам разбуренной породы даже в покое, предотвращая его оседание на забой при перерывах в промывке. Утяжеленные глинистые растворы, создавая большое противодавление на пласты, предупреждают проникновение пластовых вод, нефти и газа в скважину и открытое фонтанирование при бурении. Однако по этим же причинам затруднено отделение частиц породы в циркуляционной системе бурового раствора.

Применяются также другие буровые растворы на водной основе: малоглинистые (для бурения верхней  толщи выветрелых и трещиноватых горных пород), соленасыщенные (при бурении в мощных толщах соленосных пород), ингибированные (обработанные химреагентами для предупреждения набухания разбуриваемых пород и чрезмерного обогащения раствора твердой фазой) и т.д.

К неглинистым относятся  буровые растворы, приготовленные без использования глины. Безглинистый буровой раствор с конденсированной твердой фазой готовится на водной основе. Дисперсная фаза в нем получается химическим путем, в результате взаимодействия находящихся в растворе ионов магния с щелочью NaОН или Са(ОН)2. Химическая реакция приводит к образованию в растворе микроскопических частиц гидрооксида магния Мg(ОН)2. Раствор приобретает гелеобразную консистенцию и после химической обработки превращается в седиментационно устойчивую систему. Такой раствор сохраняет свои структурно-механические свойства при любой минерализации. Поэтому его применяют в случаях, когда требуется обеспечить высокую устойчивость стенок скважины, но обеспечить контроль и регулирование минерализации раствора сложно.

Другим типом неглинистых буровых растворов являются биополимерные растворы. Биополимеры получают при воздействии некоторых штаммов бактерий на полисахариды. Свойства биополимерных растворов регулируются так же легко, как свойства лучших буровых растворов из бентонитовых глин. Вместе с тем, некоторые из них оказывают флокулирующее воздействие на шлам выбуренных пород, предупреждая таким образом образование суспензии. Кроме того, растворы биополимеров термоустойчивы. Сдерживает их применение относительно высокая стоимость.

Буровые растворы на углеводородной основе представляют собой многокомпонентную  систему, в которой дисперсионной (несущей) средой является нефть или  жидкие нефтепродукты (обычно дизельное  топливо), а дисперсной (взвешенной) фазой - окисленный битум, асфальт или специально обработанная глина (гидрофобизированный бентонит).

Буровые растворы на углеводородной основе не оказывают отрицательного влияния на свойства коллекторов  нефти и газа, обладают смазывающей  способностью: при их использовании  уменьшается расход мощности на холостое вращение бурильной колонны в стволе скважины и снижается износ бурильных труб и долот. Однако стоимость приготовления таких буровых растворов довольно высока, они пожароопасны, трудно удаляются с инструмента и оборудования.

 

Применяют буровые растворы на углеводородной основе для повышения  эффективности бурения в породах-коллекторах  и сохранения их нефтегазоотдачи  на исходном уровне, а также для  проводки скважин в сложных условиях при разбуривании мощных пачек набухающих глин и растворимых солей. [3,с.54].

У эмульсионных буровых  растворов дисперсионной средой является эмульсия типа «вода в нефти», а дисперсной фазой - глина. Буровой  раствор, приготовленный на основе эмульсии типа «вода в нефти», называется обращенным эмульсионным или инверт-ной эмульсией. Жидкая фаза такого раствора на 60...70 % состоит из нефти или нефтепродуктов, остальное - вода. Однако содержание воды в инвертной эмульсии может быть доведено до 80 % и выше, если в нее ввести специальные эмульгаторы.

Эмульсионные буровые растворы используются при бурении в глинистых отложениях и солевых толщах. Они обладают хорошими смазочными свойствами и способствуют предупреждению прихвата инструмента в скважине.

Сущность бурения с  продувкой газом заключается  в том, что для очистки забоя, выноса выбуренной породы на дневную поверхность, а также для охлаждения долота используют сжатый воздух, естественный газ или выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Применение газообразных агентов позволяет получить большой экономический эффект: увеличивается механическая скорость (в 10...12 раз) и проходка на долото (в 10 раз и более). Благодаря высоким скоростям восходящего потока в затрубном пространстве, ускоряется вынос выбуренных частиц породы. Использование газообразных агентов облегчает проведение гидрогеологических наблюдений в скважинах. Кроме того, увеличивается коэффициент нефтегазоотдачи пласта.

 

Аэрированные буровые  растворы представляют собой смеси  пузырьков воздуха с промывочными жидкостями (водой, нефтеэмульсиями  и др.) в соотношении до 30:1. Для повышения стабильности аэрированных растворов в их состав вводят реагенты - поверхностно-активные вещества и пенообразователи.

Аэрированные буровые  растворы обладают теми же свойствами, что и жидкости, из которых они  приготовлены (для глинистых растворов - образуют глинистую корку, обладают вязкостью и напряжением сдвига, сохраняют естественную проницаемость призабойной зоны пласта при его вскрытии). Вместе с тем, большим преимуществом аэрированных жидкостей является возможность их применения в осложненных условиях бурения, при катастрофических поглощениях промывочных жидкостей, вскрытии продуктивных пластов с низким давлением.

 

1.1. Буровые растворы для бурения, заканчивания  и капитального ремонта скважин.

 

Качество строительства скважин, в том числе и качество вскрытия продуктивного пласта, во многом зависит от применяемого бурового раствора, поскольку буровой раствор является первой технологической жидкостью, которая вступает во взаимодействие с вновь вскрываемой породой. В процессе бурения на репрессии с промывкой любым типом бурового раствора в околоскважинной зоне формируется зона кольматации и зона проникновения фильтрата, физико-химический состав и глубина которых определяют как устойчивость приствольной зоны, так и снижение гидропроводности и фазовой проницаемости продуктивного пласта.

[4,с.54].

На основе анализа  фундаментальных исследований в  области химии и биохимии углеводов, обобщения практики бурения скважин  в качестве полимерных реагентов  для регулирования фильтрационных и реологических свойств безглинистых и малоглинистых буровых растворов используются полисахариды. Основной причиной выбора полисахаридов является их способность к химической и биологической деструкции, за счет чего обеспечивается возможность разрушения и удаления кольматационного слоя, образующегося в процессе бурения, и практически полное восстановление коллекторских свойств пласта.

Разработана технология получения комплексных полисахаридных реагентов с использованием ингибиторов  термоокислительной деструкции, в качестве которых использованы водорастворимые силикаты, бораты щелочных металлов, формиаты натрия и калия. Комплексные реагенты содержат также гидрофобизирующие добавки на основе калиевых солей жирных кислот и неионогенного ПАВ. Применение этих реагентов обеспечивает сохранение регламентированных реологических и фильтрационных свойств полисахаридных систем при t 0 =90-180 0 C в течение длительного времени (исследования проводились в течение 45 суток). На основе этих реагентов предлагается ряд рецептур безглинистых и малоглинистых буровых растворов для различных условий бурения, особенности состава и свойств которых приведены ниже.