Буровые реагенты и растворы для их приготовления

 

1.2. Полимер-эмульсионный буровой раствор (ПМГ) для бурения надпродуктивного интервала

 

В качестве основного средства промывки скважины при бурении надпродуктивного интервала наиболее эффективно применение бурового раствора со свойствами, обеспечивающими устойчивость глинистых отложений, снижение проницаемости водоносных пластов, качественную очистку ствола скважины. Высокопроницаемые водоносные пласты, неизолированные к моменту первичного вскрытия продуктивного пласта, требуют больших затрат обрабатывающих реагентов, завышения сверх необходимого его структурных показателей, добавления в раствор кольматантов, оказывающих отрицательное влияние на качество вскрытия пласта.

Входящие в состав раствора полимерные и ингибирующие реагенты придают  раствору необходимые свойства. Реагент-гидрофобизатор Синтал выполняет роль стабилизатора  неустойчивых отложений, кольматирующей, гидрофобизирующей и смазывающей добавки. Дополнительная кольматация водоносных пластов и упрочнение стенок скважины достигается водорастворимыми силикатами (силикаты натрия, калия или их смеси). Применение полианионной целлюлозы в сочетании с Синтал и силикатами обеспечивает буровому раствору необходимые реологические характеристики.

С использованием гидравлических программ (программа Landmark ) рассчитываются оптимальные  показатели реологических свойств  раствора для бурения наклонных, пологих и горизонтальных участков стволов скважин. Компонентный состав для конкретного месторождения уточняется по результатам анализа геолого-технической документации и проведения дополнительных исследований кернового материала или шлама. Выбор комплекса ингибиторов проводится по стандартам АНИ и отечественным методикам.

Буровой раствор характеризуется  низкими значениями показателя фильтрации (Ф = 2,0-8,0см 3 по АР I ), регулируемыми в  широком диапазоне реологическими показателями (η=10-40 мПа × с; τ 0 =25-180,0 дПа ), низким коэффициентом трения (К тр = 0,07-0,1 по API ).

Положительным является тот факт, что этот раствор легко  модифицируется в буровой раствор  для вскрытия продуктивного пласта путем дополнительного ввода  крахмала, карбоната кальция и  биополимера. [5,с.65].

Раствор БР-ПМГ успешно  применяли при проводке скважин  в неустойчивых глинизированных  отложениях значительной протяженности  с зенитным углом 50-70º с сохранением  номинального диаметра скважин при  бурении пологих и горизонтальных участков ствола скважины, в том числе при бурении дополнительных стволов на месторождениях Пермской области, при этом исключается необходимость установки цементных мостов в верейском горизонте, которые при бурении по традиционной технологии были обязательны.

В настоящее время  этот раствор применяется на месторождениях республики Коми, Казахстана.

 

1.3. Буровые растворы на основе полисахаридов для вскрытия продуктивного пласта

 

Выбор оптимальной рецептуры  бурового раствора для вскрытия продуктивного  пласта рассматривается как ключевой момент сохранения коллекторских свойств пласта. В лаборатории разработано несколько типов безглинистых систем на основе полисахаридов (ББР), которые предназначены для вскрытия продуктивных пластов.

Методически выбор компонентного  состава бурового раствора для вскрытия продуктивного пласта обосновывается по результатам оценки его влияния на изменение проницаемости пористой среды и по коэффициенту восстановления проницаемости образцов керна после фильтрации бурового раствора при реальных перепадах давлений, возникающих при первичном вскрытии. Для предотвращения глубокого проникновения дисперсной фазы и дисперсионной среды бурового раствора в пласт предусматривается ввод кислоторастворимого кольматанта, фракционный состав которого выбирается по результатам исследования кернового материала конкретного месторождения. Применение полимерных реагентов из класса полисахаридов и правильный подбор фракционного состава кольматанта обеспечивает быстрое формирование в призабойной зоне пласта незначительной по глубине и низкопроницаемой зоны кольматации, которая предупреждает глубокое проникновение бурового раствора и его фильтрата в пласт в период первичного вскрытия, но легко разрушается в период освоения.

Зона кольматации, сформированная ББР на основе полисахаридов, может быть легко разрушена в процессе освоения при использовании специальных деструктурирующих реагентов, например, комплексного реагента КДС, который предлагается в качестве основы перфорационной среды. В зависимости от геолого-технических условий, конструкции скважины разработано несколько вариантов ББР. [6,с.74].

 

1.4. Безглинистый буровой раствор ББР–СКП

 

Безглинистый буровой  раствор на основе полисахаридов (крахмал, ПАЦ, биополимер), ПАВ и ингибирующих добавок имеет низкие значения показателя фильтрации (при D Р= 0,7 МПа Ф=2,0-6,0см 3 ), технологически необходимые для проводки горизонтальных скважин и скважин с большим углом наклона структурно-реологические характеристики ( h =12-25 мПа × с; t 0 =5-150 дПа, Gel 10 c /10мин = 3,5-12/5-24 lb /100 ft 2 ; СНС 1/10 = 0,5-1,5/ 0,5-2,5 Па); оптимальные псевдопластичные свойства (коэффициент « n » =0,36-0,48) и низкие гидравлические сопротивления (коэффициент консистенции «К»=0,31-1,15); при этом буровые растворы имеют низкие значения коэффициента трения (К тр = 0,05 - 0,15), фильтрат бурового раствора имеет низкое поверхностное натяжение на границе с углеводородной жидкостью ( 0,75-0,95 мН/м). Присутствие ингибиторов набухания и диспергирования глин (КС1, силикаты и др.) обеспечивает устойчивость глинистых отложений и предупреждает набухание глины в коллекторе пласта. ББР-СКП стабилен при любой минерализации, фильтрационная корка устойчива к воздействию тампонажного раствора.

 

Дополнительное физико-химическое модифицирование фильтрационной корки  ББР в процессе подготовки ствола скважины к цементированию обеспечивает плотный контакт цементного камня с породой.

 

1.5. Безглинистый буровой раствор РЕОГЕЛЬ

 

Для бурения пологих  и горизонтальных участков ствола скважины разработана оригинальная рецептура  безглинистого бурового раствора на основе отечественных полисахаридных реагентов и комплексообразователя – система РЕОГЕЛЬ, проявляющая при определенном сочетании реагентов вязко-упругие свойства, что обеспечивает раствору необходимую выносную и удерживающую способность. Уникальные структурно-реологические и низкие фильтрационные свойства раствора обеспечивают минимальное проникновение его в пласт, одновременно раствор характеризуется высокими капсулирующими свойствами, обеспечивая незначительную смачиваемость выбуренной породы, тем самым препятствуя диспергированию шлама, но обеспечивая полное осаждение шлама при низкой скорости течения (в отстойниках, желобах и приемных емкостях буровых насосов). Буровой раствор не создает в проницаемых пластах на стенке скважины толстой фильтрационной корки и способствует высокой степени замещения бурового раствора тампонажным. Входящий в состав бурового раствора антиоксидант предотвращает ферментативное разложение полисахаридов.

Эффективность этого  раствора с точки зрения сохранения коллекторских свойств пласта не ниже, чем у известных систем буровых растворов с биополимером и мраморной крошкой, но стоимость раствора значительно ниже за счет использования только отечественных реагентов. [7,с.44].

1.6. Полимер-эмульсионный буровой раствор ЭМУЛГЕЛЬ

 

Для строительства скважин в  сложных гидрогеологических и технико-технологических  условиях (например, при бурении  через кыновские аргиллиты, глауконитовые  глины) при необходимости решения  основной проблемы сохранения устойчивости ствола скважины в интервалах залегания неустойчивых глинистых отложений при больших зенитных углах и обеспечения выноса шлама из сильно искривленного участка ствола скважины разработан полимер-эмульсионный буровой раствор ЭМУЛГЕЛЬ.

Исследования показали, что наибольший эффект по сохранению стабильности сланцев достигается в углеводородсодержащих средах в присутствии ингибирующих добавок ( KCl , силикаты, CaCl 2 ). Разработан комплексный реагент на основе ОЭЦ и продукта модификации жировых гудронов на основе минерального сырья, позволяющий обеспечить необходимые фильтрационные и реологические показатели высокоминерализованного бурового раствора плотностью1180-1400 кг/м 3 . За счет повышенного содержания углеводородсодержащей составляющей раствор обладает усиленными ингибирующими свойствами и оптимальными структурно-реологическими показателями, необходимыми для качественной очистки забоя при больших зенитных углах. Полученная прямая эмульсия типа «масло в воде» обладает положительными свойствами растворов на нефтяной основе, но при этом исключаются такие негативные свойства РНО, как экологическая и пожарная опасность.

В состав раствора входят полисахаридные реагенты – регуляторы реологических  и фильтрационных свойств, ингибиторы набухания и диспергирования  глин, эмульгатор, углеводородная среда, при необходимости – кислоторастворимый кольматант.

 

Этот раствор может быть использован  и для бурения горизонтального  участка при вскрытии продуктивного  пласта, т. к. по своим физико-химическим и технологическим показателям  отвечает требованиям для качественного вскрытия продуктивного пласта. [7,с.66].

 

1.7. Утяжеленные буровые растворы для вскрытия продуктивных пластов

 

Для ведения работ  в условиях АВПД традиционно используют глинистые буровые растворы, содержащие в качестве добавок баритовый, железистый и другие утяжелители. Эти системы отличают относительно невысокая стоимость, широкий спектр обрабатывающих реагентов и большой опыт применения. Однако использование таких растворов приводит к необратимой кольматации продуктивных пластов (особенно низкопроницаемых, трещиноватых и трещино-поровых коллекторов) и требует дополнительных дорогостоящих операций по восстановлению проницаемости пласта. Снижение проницаемости призабойной зоны коллектора после первичного вскрытия составляет от 30 до 70%.

Безглинистые буровые растворы, плотность которых регулируется концентрацией водорастворимых  солей и кислоторастворимых утяжелителей, имеют принципиальное преимущество перед глинистыми при заканчивании скважин за счет исключения из состава  кольматанта, трудноудаляемого из ПЗП при освоении. Дополнительным преимуществом таких буровых растворов является более высокое качество крепления скважин.

Разработаны утяжеленные безглинистые буровые растворы плотностью до 1600 кг/м 3 на основе пластовой воды, растворов неорганических солей (хлориды натрия, калия, кальция, магния) и карбоната кальция для доутяжеления. Оптимизация реологических и фильтрационных свойств этих растворов проводится комплексом полисахаридных реагентов. [8,с.22].

Буровые растворы плотностью 1600 – 2200 кг/м 3 на основе бромидов кальция, цинка или их смесей обеспечивают относительно высокое качество вскрытия продуктивного пласта и возможность почти полного восстановления проницаемости ПЗП (до 70 – 90%), но область их применения ограничивается низкой термобарической устойчивостью и экологической опасностью.

Высокую плотность растворов могут  обеспечивать не только неорганические соли, но и органические, в частности, формиаты щелочных металлов. Формиаты обладают рядом преимуществ по сравнению с тяжелыми неорганическими солями, и в частности, экологической безопасностью, высокой ингибирующей способностью по отношению к глинистым сланцам, повышением термостабильности полисахаридных реагентов, низкой коррозионной активностью, совместимостью с пластовыми флюидами, снижением коэффициента трения буровых растворов.

Разработаны технологические жидкости на основе формиатов, которые содержат комплекс полисахаридных реагентов  для регулирования фильтрационных, реологических, псевдопластичных и  капсулирующих свойств и мраморную крошку для временной кольматации ПЗП. [9-с.14].

Буровые растворы на основе формиатов  сохраняют термостабильность при  температурах до 200 0 С, имеют низкие значения показателя фильтрации (0,5-3,5 см 3 при D Р = 0,7 МПа), регулируемые в широких пределах значения пластической вязкости ( h =15-95 мПа . с) и динамического напряжения сдвига (τ 0 =60-200 дПа), при этом буровые растворы имеют низкие гидравлические сопротивления (коэффициент консистенции К =0,008-0,227 при скорости сдвига 511/1022с -1 ), низкие значения коэффициента трения (К тр =0,09- 0,207), фильтрат раствора имеет низкое поверхностное натяжение на границе с углеводородной жидкостью (σ=0,0083-0,013 Н/м).

 

Предлагается несколько рецептур :

Системы без твердой фазы на основе формиата натрия ( r = 1300 кг/м3 ), формиата калия ( r = 1670 кг/м3 ), формиатов калия и цезия ( r = 2200 кг/м3 );

Системы с частичной  заменой формиатов на кислоторастворимый карбонатный утяжелитель ( r = 1800 кг/м3 ). В качестве утяжелителя использовали мраморную крошку;

Системы с пониженным содержанием кислотонерастворимой твердой фазы ( r = 2200 кг/м3 ). Для доутяжеления используется барит, Магбар, сидерит (карбонат железа), гематит.

 

Необходимо отметить, что при использовании формиатов 

1) не ужесточаются  требования со стороны природоохранных  организаций, так как при их  использовании и при использовании  совместно с другими компонентами бурового раствора не образуется экологически опасных отходов;

2) появляется возможность  многократного и многоцелевого  использования бурового раствора  ввиду его высокой ферментативной  устойчивости и устойчивости  к термоокислительной деструкции;

3) для приготовления  и очистки бурового раствора  в процессе бурения не требуется  дополнительного оборудования буровых  установок; 

4) буровой раствор  на основе формиатов может  быть использован в качестве  жидкости глушения или жидкости  перфорации, т. к. он не оказывает отрицательного влияния на коллектор. [10,с.34].

 

 

1.8. Результаты промышленного применения буровых растовров на основе полисахаридов

 

С использованием безглинистых и малоглинистых буровых растворов  на основе полисахаридных реагентов в 1995-2004гг в Пермском Прикамье пробурено более 300 скважин, в т. ч. пологие и горизонтальные скважины. Растворы применялись также в ООО “ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь”, ОАО УПНП и КРС (п. Самарский), Удмуртии, республиках Коми и Казахстан.