Диссертация (Совершенствование технологии промывки скважин путем применения полифункциональных реагентов на основе таллового пека), страница 4

Однако сложностьпроцесса производства масла данного типа обуславливает высокую стоимость всравнении с маслами, полученными из нефти в процессе гидрокрекинга.Безводные буровые растворы – это новый вид буровых растворов,основанный на применении сложных эфиров и композитных составов полиспиртовс минимальным содержанием водной фазы, позволяющих многократно применятьбуровой раствор не только для бурения скважин, но и для освоения скважин, приналичии комплекса регенерации, в условиях эксплуатационного бурения.Безводные буровые растворы имеют все положительные свойства РУО, а такжеснижают экологическую нагрузку на окружающую среду в местах ведения работ иимеют минимальный компонентный состав.Необходимость повторного применения растворов, а также осложненныеусловия бурения вынуждают применять все более сложные продукты, смаксимальной эффективностью, например, применение КМЦ полностью замененона полианионная целлюлоза (ПАЦ), поскольку она имеет выше степень замещения17и процесс получения данного продукта освоен в регионах ведения работ вкрупнотоннажном виде.Системы буровых растворов со сложным компонентным составом всебольше уступают системам растворов с минимальным компонентным составом.Этим обусловлены многочисленные разработки комплексных реагентов сзаданными характеристиками, получение веществ с требуемыми свойствами иполифункциональным действием.

Применение реагентов полифункциональногодействия в условия месторождений Сибири, полуострова Ямал и других регионовстроительства скважин обосновано также труднодоступностью месторождений.Увеличениеобъемовразведочногобурениятакжеограниченосложнойлогистической схемой и дороговизной доставки реагентов и материалов на меставедения работ. Расширение географии буровых работ и постоянная оптимизациязатрат, в том числе на доставку материалов, стимулирует создание и применениереагентов полифункционального действия, взамен «классических» продуктов.В настоящее время, экономически обосновано применение более дорогихсистем растворов с минимальным сроком приготовления и возможностьюповторного использования, поскольку стоимость простоя буровой установкизначительно превышает разницу в стоимости тех или иных систем буровыхрастворов.

Повторное применение растворов позволяет также сократитьлогистические затраты и снизить общие затраты на буровые растворы. Применениеполифункциональныхреагентовпозволяетснизитьзатратывременинаприготовление и обработку буровых растворов и свести к минимуму субъективныйфактор инженерного персонала.1.1.2 Технологические требования к буровым растворам, материалам иреагентам для их приготовления и обработкиОптимальные условия бурения во многом обеспечиваются технологиейпромывки. Поддержание заданных свойств буровых растворов осуществляетсянаправленным подбором реагентов. В зависимости от выбранной системыраствора и используемых компонентов зависят сроки строительства и возможностьпроведения работ с минимальными осложнениями.18Наиболеераспространенныепричины,способствующиепоявлениюгеологических осложнений, являются: большие углы наклона и отвода стволаскважины, механическое воздействие потока бурового раствора, увлажненностьгорных пород, осмос, химическая эрозия, тектонические нарушения и другие.

Принекорректном подборе системы раствора и ее параметров, происходит набухание иосыпание пород, приводящие к сужению и обрушению ствола скважины [30, 31,32, 33, 34, 215, 216].Буровые растворы, облегчающие работу колонны, должны обладатьхорошими противоизносными, смазочными свойствами, должны создаватьупругие пленки на стенках скважины, иметь хорошую адгезию к металлубурильных труб и горным породам. Однако в случае некорректного подборапараметров бурового раствора, она может и размывать слабосвязанные породы, врезультате чего происходит обрушение стенок ствола скважины.На устойчивость стенок скважины влияют также гидростатическое игидродинамическое давление столба бурового раствора в процессе бурения.Состав (ввод дополнительного ингибитора глин) и свойства (например, рН)бурового раствора также оказывают большое влияние на химическую эрозиюгорной породы.При повышенных температурах свойства применяемых систем ухудшаются.Бурение интервалов многолетних мерзлых пород (ММП) при положительныхтемпературах раствора сопровождается растеплением пород, образованиемкаверн, обвалами [27].Исследования ряда авторов [30, 31, 32, 33, 34, 215, 216, 226] подтверждаютрост пластических деформаций у увлажненных пород по сравнению с сухими.Увлажненность (влагонасыщенность) также оказывает существенное влияние намеханические свойства ММП.

При определенной влажности (меньше полнойвлагонасыщенности) сопротивление сжатию для всех ММП возрастает.Причинывозникновенияразличныхвидовосложненийвслучаенесоответствия видов и параметров бурового раствора геолого-техническимусловиям подробно рассмотрены в отечественной и иностранной литературе [1, 32,1944, 183, 190, 195, 222, 228]. Таким образом, наиболее существенными, пооказанным последствиям, являются осложнения в связи с нарушениямицелостностистволаскважины,арегулированиепараметровявляетсяпервоочередной задачей.Наиболее важным показателем является плотность, которая взаимосвязана ссодержанием твердой фазы в растворе [186, 187, 207, 209, 216].

В практике буренияглавной задачей является не снижение плотности, а доведение до минимумаперепада между гидростатическим и пластовым давлением. Опыт бурения скважинпоказывает, что эффективность растворов с малым содержанием твердой фазырезко возрастает по мере снижения ее концентрации и исчезает, если онапревышает 7 % [50, 186]. Кроме того, применение малоглинистых системобеспечиваетлучшиеусловиябуренияпород,которыеопределяютсяинтегральным влиянием вязкости, содержания твердой фазы и дифференциальногодавления [6, 11, 21, 24, 26, 33, 120, 121, 123].Необходимо выбирать интегральный показатель фильтрации из условийповышения устойчивости ствола – стремиться к его уменьшению.Реологические параметры раствора должны обеспечивать удержание шламавыбуренных пород во взвешенном состоянии, но при этом не допускатьгидроразрыва горной породы [45].Высокаясмазочнаяспособностьбуровогораствораувеличиваетдолговечность деталей бурового оборудования и увеличивает скорость бурения,позволяет предотвратить возникновение осложнений.Механизм влияния раствора на разрушение пород изучен П.А.

Ребиндером[181]. Смачивание и пропитка водой породы вызывают резкое уменьшение ихпрочности. Смоченные и увлажненные глины ослабляют силы сцепления пограницам зерен и частиц, вследствие чего понижается структурная прочность иперераспределяется характер их структуры [181].Для повышения устойчивости глин на стенках скважины в последнее времяприменяют полимерные и полимерглинистые растворы, образующие наповерхности стенки скважины полимерглинистые мембраны, которые защищают20глины от проникновения в них водной фазы бурового раствора или его фильтрата.Наиболеегидрофильныесвойстваимеетщелочноймонтмориллонит,диспергирование и набухание которого приводит к осложнениям. Менеегидрофильныщелочноземельныймонтмориллонит,каолинитовыеигидрослюдистые глины («шоколадные», «зеленые» и иные), для которыххарактерны крупные обвалы и осыпи стенок скважин [26].В практике промывки скважин гидрофильность глинистых пород снижаютингибированием, в основе которого лежит ионный обмен и хемосорбционнаямодификация.

Устойчивость стенок скважин, сложенных глинистыми породами, взначительной мере определяется показателями набухания, давлением набухания,величинами структурно адсорбционных деформаций и предельного напряжениясдвига образующихся систем глина-жидкость [24, 26].Молекулярные взаимодействия между активными группами фильтрата иобразцов пород из неустойчивых зон ряда месторождений Восточной Сибири,представленныхглинистымиминералами,изученосиспользованиемрентгеноструктурного и ИК-спектроскопических методов.

При этом выяснено, чтомеханизм взаимодействия анионактивных и неионогенных поверхностноактивных веществ (ПАВ) и полимеров на глинистые минералы с расширяющейсяи жесткой структурой различен. На дифрактограммах модифицированныхглинистых минералов [71, 97, 156] наблюдается отражение двух типов отзамещенных и незамещенных пакетов минералов за счет внедрения макромолекулПАВ в межпакетное пространство минерала и адсорбции полимера с образованиеммолекулярного слоя. Исследованные реагенты существенно влияют на изменениеструктуры минералов, обеспечивая меньшую степень набухания основныхобразующих глинистых минералов.В настоящее время роль физико-химических методов предупреждения иборьбы с осложнениями при бурении в неустойчивых породах значительновозросла. Способность глинистых пород адсорбировать воду с образованиемгидратных слоев можно оценивать емкостью поглощения комплекса глин пометодике ВНИИКРнефть, путем определения молекулярной влагоемкости по21методуА.П.Лебедева.Оптимизациякачествабуровыхрастворовпоингибирующим свойствам и методологическая оценка этих показателейприменительно к условиям геологоразведочного бурения отображены в раннихисследованиях [100, 135].Таким образом, в потенциально неустойчивых породах, содержащихглинистые и дезинтегрированные глинистые минералы, целесообразно применятьингибирующие растворы.Анализируя вышеизложенное, можно сформулировать общие требования,предъявляемые к реагентам, используемым для регулирования технологическихсвойств буровых растворов как на водной, так и углеводородной основе:– иметь выраженные смазочные свойства;– минимально воздействовать на плотность системы, для контроля наработкитвердой фазы в процессе бурения;– управляемо воздействовать на реологические показатели;– обладать выраженным ингибирующим действием на глинистые и другиепороды;– регулировать показатель фильтрации и образовывать на стенках скважинытонкую упругую фильтрационную корку;– совместимость с другими компонентами системы;– продукты должны производиться из доступного, недефицитного сырья;– соответствовать требованиям охраны окружающей среды и условиямпроведения бурения.1.1.3 Полифункциональные реагенты для буровых растворовСегодня проблема заключается, главным образом, в рациональномиспользованииимеющихсяхимическихреагентовисозданииновых,полифункциональных, регулирующих одновременно несколько качественныхтехнологических показателей промывки скважины.Современныебуровыерастворыприихвысокойэкономическойэффективности, сохранении реологических и гидравлических параметров,22обеспечивают высокую смазочную способность, устойчивость к солевой агрессии,ингибируют процессы набухания глин [81].Анализобеспеченностипроизводственно-геологическихобъединенийрегионов Сибири химическими реагентами и материалами свидетельствует нетолько об ограниченной номенклатуре применяемых реагентов, но и, главнымобразом, о недостаточном объеме поставок (50-60 % от потребности).Недостаточныйассортиментиобъемысерийногопроизводстваэффективных смазочных и противоизносных добавок, реагентов, снижающихнабуханиеглинистыхпород,ограничиваюттехническиевозможностисовершенствования и оставляют эту область недостаточно изученной.