АНАЛИЗ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НА УГЛЕВОДОРОДНОЙ ОСНОВЕ И ИХ ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены анализ рецептур буровых растворов на углеводородной основе (РУО) при бурении нефтяных и газовых скважин и их практическое применение в промышленности. Актуальность исследования обусловлена тем, что ограничивающим фактором использования РУО, несмотря на свои преимущества перед остальными буровыми растворами, является проблема изученности обеспечения надежности целенаправленного воздействия на технологические параметры данного типа растворов в процессе бурения нефтяных скважин. Неустойчивость технологических параметров носит закрытый характер и зависит в основном от физико-механических свойств РУО. В связи с вышесказанным, целью исследования является проведение обзора литературных источников по изучению рецептур буровых растворов на углеводородной основе, выявление их преимуществ и недостатков и промышленной применимости.

Ключевые слова: бурение скважин, буровые растворы, углеводороды, нефть и нефтепродукты, геологотехнические условия.

Нефтегазовая отрасль одна из самых быстро развивающихся отраслей России, инновационная активность которой в соответствии с официальными статистическими данными преобладает на достаточно высоком уровне.

Особую роль среди всех видов инноваций занимают технологические, поскольку, непосредственно, связаны с последовательностью действий, направленных на более эффективное и результативное обеспечение деятельности в данной сфере. Так, например, удельный вес организаций, осуществляющих технологические инновации в области добычи полезных ископаемых в России с каждым годом за рассматриваемый период с 2017 по 2019 годы, увеличивается в среднем на 2%. А число разработанных передовых производственных технологий новых для России в данной области превысило цифру этого показателя за 2017 год по состоянию на 2020 год на 34%. Наиболее наглядно данные статистики согласно официальному сайту Федеральной службы государственной статистики [1] представлены ниже на рисунке 1 и 2 соответственно.

Рисунок 1. Удельный вес организаций, осуществляющих технологические инновации в области добычи полезных ископаемых в России, в процентах за период с 2017 по 2018 годы

Рисунок 2. Число разработанных передовых производственных технологий новых для России в области добычи полезных ископаемых с 2017 по 2020 гг.

По гистограмме, представленной на рисунке 2 и полиноминальной линии тренда можно наблюдать, что показатели разработки передовых технологий в области добычи полезных ископаемых будет также увеличиваться.

Поскольку бурение скважин один из наиболее трудоемких процессов, к которому предъявляются особо высокие требования с целью обеспечения надежности и безопасности эксплуатации, то значительная часть разработок приходится и на данную проблему, и в частности, большое количество работ посвящено изучению и исследованию буровых растворов для бурения в сложных геологических условиях. Например, буровых растворов на углеводородной основе, которые из-за своих физико-механических характеристик являются нестабильными в процессе их использования, что является весомой проблемой, требующей изучения и рассмотрения их составов.

В соответствии с выше представленным, тема статьи является, безусловно, актуальной. Целью исследования является выявление основных составов, свойств и характеристик буровых растворов на углеводородной основе и их применение.

При использовании растворов на углеводородной основе (РУО) регулирование фильтрации достигается благодаря образованию тонкодиспергированных эмульсий воды в углеводородной фазе при добавлении эффективных органических эмульгаторов. Общепринято деление РУО на два типа. Первый тип – собственно раствор на углеродной основе – не зависит от вовлеченной эмульгированной воды с точки зрения ее влияния на геологические свойства и водоотдачу.

Второй тип раствора называется инвертной эмульсией. У инвертной эмульсии, так же как и РУО, углеводородная дисперсная среда, но в дисперсной фазе должна быть вода, которая обеспечивает некоторые реологические свойства и контроль водоотдачи [2].

Изучение литературы и научных публикаций [2, 3, 4, 5, 6] позволяют сделать сравнительную таблицу 1 по преимуществам буровых растворов на углеводородной основе. В качестве объектов исследования были выбраны следующие:

1 Буровой раствор на основе низкотоксичного минерального масла.

Данный буровой раствор готовится на основе минерального масла для бурения наклонно направленного и горизонтального участков скважин.

2 Буровой раствор на углеводородной основе «полиэмульсан».

Система раствора представляет собой сбалансированную композицию органических и неорганических веществ в углеводородной стабильность раствора в различных условиях, при температуре до 200°С и плотности до 2,10 г/см3.

3 Буровой раствор на углеводородной основе ИКИНВЕРТ.

4 Термостойкий раствор на углеводородной основе ИКИНВЕРТ-Т.

Выше указанные 3 и 4 растворы обладают следующими технологическими параметрами: плотность 900 - 1050 кг/м3;  условная вязкость 40 – 60 сек; пластическая вязкость 20 – 30 сПз; ДНС 40 - 80 дПа, СНС0/10; дПа; 10 - 20/среде, что обеспечивает агрегативную и седиментационную 20 – 40; водоотдача (API) 0,5 - 1,0 см3/30 мин; электростабильность, вольт 200 – 300.

5 Система PARALAND. При приготовлении данных растворов легко достигается плотность от 7,5 фунтов/галлон до 16 фунтов/галлон (от 0,9 до 1,92 кг/л), а также идеальные реологические и фильтрационные свойства.

6 Системы PARATHERM/VERSATHERM. Первое применение системы PARATHERM в промысловых условиях было осуществлено при низкой температуре (160 °F [71 °C]), в скважине с узкими безопасными границами градиентов давлений. Система VERSATHERM была успешно испытана в условиях высоких температур и высокого давления. Максимальная статическая забойная температура, при которой использовалась система, составила немногим более 356 °F (180 °C).

Таблица 1.

Сравнительный анализ буровых растворов на углеводородной основе

Из таблицы 1 можно наблюдать, что существующее в настоящее время количество рецептур РУО очень велико, причем состав каждого обеспечивает те или иные технологические параметры, которые преимущественно их отличают друг от друга.

Поэтому для решения рассматриваемой проблемы исследования авторы работ, проводят подбор рецептур, например, в соответствии с исследованиями [3] проведен подбор рецептуры бурового раствора на углеводородной основе для проходки хвостовиков скважин. Авторы работы рассматривают несколько составов: состав инвернтно-эмульсионного бурового раствора и состав известково-битумного бурового раствора, процентное содержание химических элементов двух этих составов представлено на рисунке 3 [3].

Рисунок 3. Состав буровых растворов на углеводородной основе

Испытания, которые представлены в работе [3] показывают, что при введении в раствор сополимера пропилена, этилена и высших α-олефинов улучшились такие параметры, как вязкость, статическое напряжение сдвига и динамическое напряжение сдвига.

А ввод в состав эмульсионного раствора полиизобутилена позволяет повысить термостабильность раствора за счет того, что молекулы полиизобутилена, находясь в межфазном слое, способствуют повышению плотности защитных оболочек на капельках воды и способствует росту агрегативной устойчивости эмульсии. Кроме того, загущая дисперсионную среду эмульсионного бурового раствора, полиизобутилен повышает структурно-реологические свойства раствора, снижает его фильтрацию и увеличивает вязкость фильтрата, что благоприятно сказывается на сохранении фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта [3, 4, 5].

Для обеспечения возможности сохранения потенциальной продуктивности скважин, наращивания дебита скважин за счет качественного вскрытия продуктивных пластов, предупреждения осложнений [3] и обеспечения промышленной безопасности даже при сложных геологических условиях необходимо реализовывать выбор бурового раствора, решая следующие задачи. Рациональная подборка бурового раствора по технологическим параметрам и свойствам на основе изучения имеющейся литературы и производственного опыта, а также исследовать область оптимизации состава буровых растворов для наиболее эффективного и результативного обеспечения бурения скважин с высокими требованиями к качеству работ.

Список литературы:

1. Федеральная служба государственной статистики. Технологическое развитие отраслей экономики. [Электронный ресурс]. URL: https://rosstat.gov.ru/folder/11189 (дата обращения: 20.04.2021).
2. Гришковец В.Ю., Давыдов Ю.С., Редкин Т.А., Николаева Л.В., Карпиков А.В. Преимущества применения буровых растворов на углеводородной основе при бурении нефтяных и газовых скважин // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. 2013. №2 (43). С. 95-102.
3. Абрамов Е.В., Кокорина Е.А., Нехорошев В.П. Раствор на углеводородной основе для бурения скважин в осложненных геологических условиях на месторождениях Западной Сибири // Специализированный журнал «Бурение и нефть». 2016. №3. С. 30-38.
4. Овчинский К.Ш., Файнштейн И.З., Рахматуллин Р.К. Применение маслорастворимых полимеров для повышения качества растворов на углеводородной основе // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 1992. № 1. С. 15 – 19.
5. Шишков В.С. Исследование и совершенствование эмульсионных растворов на углеводородной основе для повышения эффективности бурения скважин в сложных геолого-технических условиях: автоpеф. дис. канд. техн. наук. М.: 2012.
6. Тирон Д.В. Совершенствование технологии эмульсионных растворов для бурения скважин в условиях повышенных забойных температур. Диссертация. [Электронный ресурс]. URL: https://www.dissercat.com/content/sovershenstvovanie-tekhnologii-emulsionnykh-rastvorov-dlya-bureniya-skvazhin-v-usloviyakh (дата обращения: 20.04.2021).