Буріння в соленосних гірських породах

Хемогенний комплекс рідко складений чистими солями (галіт, гіпс, карналіт, бішофіт тощо), які зазвичай чергуються з глинистими породами та пісковиками. До складу соляного комплексу відносять також надсолеві та підсолеві відклади.

Буріння в солевому комплексі пов’язано з технологічними труднощами, які обумовлені розчинністю, пластичною течією та активним впливом солей, особливо двовалентних, на властивості бурової промивальної рідини.

Ускладнення під час розбурювання хемогенних порід проявляються у вигляді каверн, що утворилися у результаті розчинення та розмивання солей; або звужень ствола, зумовлених їх течією. Вихідною інформацією для прогнозування інтервалів можливих ускладнень, пов’язаних з розбурюванням хемогенних порід, є глибина залягання соленосної товщі, її товщина, мінералогічний склад , пластова температура та геостатичний тиск порід, що залягають вище.

Критерієм оцінки стійкості хемогенних порід є пластова температура. Окрім того, існує поняття критичної температури.

Критичною називають температуру, за якої солі втрачають свою міцність, а стійкість стінок зберігається за рахунок рівноваги геостатичного та гідростатичного тисків.

Таблиця 1 – Критичні температури для деяких хемогенних порід

Назва солі	Густина, кг/м3	Критична температура, оС
Галіт	2130-2150	200
Сильвін	1980	150
Бішофіт	1560	110
Кізерит	2570	45

Каверни внаслідок розчинення або розмивання утворюються за умови, коли пластова температура дорівнює критичній або менша, а напруження, що діють в масиві соленосної товщі, не перевищують статичну міцність солі.

Звуження ствола свердловини внаслідок течії солей виникають за умови, коли пластова температура вища за критичну, а напруження, що діють в масиві соленосної товщі, перевищують статичну міцність солі.

Основною ознакою розкриття солей є різке зростання механічної швидкості буріння та коагуляція бурового розчину.

Розчинність солей для запобігання каверн можна зменшити:

1. застосування нерозчинних дисперсійних середовищ (буові розчини РНО, або інвертні емульсії);

2. зменшення розчинності однієї солі іншою за законом солевої рівноваги;

3. перенасичення бурових розчинів сіллю для запобігання розчинення пластової солі у привибійній зоні за вищих температур.

Розчинність солей для запобігання звуження ствола можна зменшити:

1. дотримуватись рівності швидкостей пластичної течії та розчинення солі, яка досягається зміною типу та густини бурового розчину;

2. використовувати спосіб буріння випереджаючим стволом;

3. збільшити зазор між діаметром долота і обсадною колоною на 0,05 м порівняно із загальноприйнятим.

Для зниження швидкості пластичної течії солей рекомендується здійснювати багаточисельні промивання свердловини охолодженим розчином, який беруть із запасних ємностей, для зниження вибійної температури.

Слід використовувати періодичне прокачування буферних рідин перед початком підйому бурильних труб під час буріння та проробок, що запобігає виникненню ускладнень, пов’язаних із розбурюванням хемогенних порід. Буферну рідину вибирають залежно від бурового розчину:

- для емульсійного розчину, насиченого хлористим натрієм - воду з сульфоналом до 0,5%;

- для хлормагнієвих, хлоркальцієвих – воду насичену хлористим натрієм;

Об'єм буферної рідини не повинен перевищувати 10-20 кубометрів, прокачують за 1 цикл, аб 5-7 кубів за 2-3 цикли.

Прихоплення, які виникають внаслідок пластичної течії солей можна ліквідувати заміною бурового розчину на воду. Для ліквідації проявів ропи необхідно:

1. ПІДНЯТИ КОЛОНУ ТРУБ НА 20-300 М ВИЩЕ ЛІНЗИ З РОПОЮ;

2. Провести розрядку лінзи багаточисельними промиваннями буровими розчинами, які використовують для розбурювання хемогенних порід;

3. Відновити вихідну густину бурового розчину;

При ліквідації значних за тривалістю і товщиною проявів ропи необхідно:

1)або перейти на вапнисто-бітумний розчин, або забурити другий ствол з відхиленням від розкритої лінзи;

У тих випадках, коли свердловина перейшла у аварійний стан, роботи з ліквідації ускладнень проводять за спеціально розробленим планом.

Найбільш поширеним і доступним способом запобігання ускладнень у хемогенних породах є застосування соленасичених розчинів.

Значний вплив на розчинність солей відіграє температура. Тому в процесі циркуляції розчину, при наближенні його до гирла, температура зменшується, що стає причиною рекристалізації солей з мінералізованих розчинів, що можна частково зменшити введеням у циркулюючий розчин тонкодисперсної вибуреної солі, яка практично не відділяється в очисній системі.

Розчинність солей залежить також від солевого складу бурової промивальної рідини. Відповідно до закономірності солевої рівноваги, розчинність пригнічується введенням до насиченого розчину солі з вищою розчинністю. Так, для повного пригнічення розчинності хлористого натрію та калію необхідно ввести 36% хлористого магнію.

Другою умовою збереження стійкості стінок свердловини соляного комплексу є низьке значення фільтрації бурової промивальної рідини. Для стабілізації соленасичених розчинів використовують солестійкі хімреагенти: крохмаль, високов’язкі марки КМЦ, ОЕЦ, поліакрилати та лігносульфати.

Домішки солей часто зменшують розчину до 7 і нижче, що обумовлює зниження активності солестійких реагентів. Витрати реагентів-стабілізаторів зменшуються, якщо рН підтримувати в межах 8,5÷10,0. В соленасичених розчинах, з метою покращання диспергування глини, зв’язування іонів кальцію або магнію, підтримання в заданих межах, вводять підвищені дози каустичної та кальцинованої сод від 1 до 2 %.

Важливим компонентом солестійких розчинів є вміст нафти в межах 8÷12%. Нафта не тільки підвищує мастильні властивості, що дозволяє підвищити ТЕП буріння, але і покращує фільтраційні та реологічні властивості розчину.

Стабілізований соленасичений розчин

Глинисту соленасичену суспензію, яка оброблена реагентами стабілізаторами, регуляторами рН та мастильними домішками називають соленасиченим стабілізованим розчином.

Область застосування. Стабілізовані соленасичені розчини використовують для розбурювання хемогенних відкладів з прошарками теригенних порід. При розкритті хемогенних відкладів, які складені галітом або сільвіном, розчин насичують хлористим натрієм.

У випадку, коли хемогенні відклади складені солями лужноземельних металів різного мінерологічного складу, бурові промивальні рідини насичують карналітом ( ).

Межа термостійкості соленасичених стабілізованих розчинів коливаються в широких межах (від 100 до 200С) і залежить від типу понижувача фільтрації, який використовують для їх приготування. Так, при застосуванні крохмалю межа термостійкості не перевищує 100÷120С, КМЦ – 140÷160С, акрилових полімерів – 200÷220С.

Склад розчину. Для приготування 1 м³ стабілізованого соленасиченого розчину потрібно:

80÷200 кг палигорскітового глинопорошку;

690÷750 л води;

10÷20 кг

10÷20 кг ,

20÷30 кг крохмалю (КМЦ, ОЕЦ, акрилові полімери);

10÷30 кг ФХЛС (ССБ, ОКЗІЛ, КССБ)

80÷100 л нафти;

5÷10 кг графіту;

250÷260 кг .

При необхідності в розчин вводять обважнювач та піногасник.

Для регулювання фільтрації соленасиченого розчину рекомендуються такі комбінації: КМЦ+крохмаль у співвідношенні 1:2; ОЕЦ +крохмаль в співвідношенні 1:1; крохмаль +КССБ у співвідношенні 1:2,5.

Нафту, як мастильну домішку, можна замінити бітумним концентратом, який розчиняють в дизельному паливі.

Порядок приготування розчину. Для отримання стабілізованого соленасиченого розчину готують глинисту суспензію в такій же послідовності, як і для нестабілізованого. В приготовлену суспензію вводять понижувачі фільтрації, лігносульфонатний реагент, мастильну домішку і в останню чергу – сіль до насичення.

Можливе приготування стабілізованого соленасиченого розчину і за іншою схемою. Глинопорошок диспергують в прісній воді з ферохромлігносульфонатом і лугом. Вміст глинопорошку, ФХЛС та витримують у співвідношенні 10:1,25:0,25. Приготовлений таким чином гідратований глинопорошок вводять в розсіл хлористого натрію і диспергують протягом 2÷4 годин. Після перемішування в суспензію вводять кальциновану соду, решту каустичної соди та хлористого натрію. В останню чергу розчин стабілізують захисними реагентами (крохмаль, КМЦ, ОЕЦ, поліакрилати) та обробляють мастильними домішками.

Соленасичений стабілізований розчин можна також отримати на основі глинистих розчинів, які застосовувались до розкриття соляних відкладів, – гуматний, лігносульфонатний, хлоркальцієвий, гіпсовий, хлоркалієвий тощо. При високому вмісті у фільтраті іонів кальцію розчин обробляють кальцинованою содою. Для захисту глинистих частинок від солевої агресії розчин до засолення обробляють полімерним реагентом, вводять нафту, лігносульфонатний реагент. В останню чергу до розчину вводять сіль та обважнювач.

Нестабілізований соленасичений розчин переводять у стабілізований в такій послідовності. Спочатку з допомогою кальцинованої соди виводять з розчину іони кальцію. Потім в циркулюючий нестабілізований розчин вводять 15÷20 % (від об’єму циркулюючого розчину) попередньо приготовленої комплексної домішки. Одночасно, при необхідності, в розчин вводять невистаючу кількість солі. Обробку продовжують до отримання необхідних структурно-механічних та фільтраційних властивостей.

Отриманий стабілізований розчин повинен мати такі параметри:

кг/м³; с; СНЗ₁ ;

СНЗ₁₀ ; см³

.

Технологічні особливості застосування розчину

Для зниження фільтрації, розчин обробляють полімерними реагентами. При використанні КМЦ краще вводити її в розчин в сухому вигляді. При цьому ефект зниження фільтрації більший і структурно-механічні властивості майже не змінюються.

У випадку застосування модифікованого крохмалю порядок дій аналогічний такому, як і при використанні КМЦ. Звичайний крохмаль вводять в соленасичений розчин при .

Фільтрацію розчину регулюють шляхом введення до нього 3÷5% водного розчину комплексного реагенту (ЕКР+ КССБ). До його складу входить 8÷10-ний розчин крохмалю та 20÷25%-ний розчин КССБ у співвідношенні 1:1.

Акрилові полімери (гіпан, метас тощо) вводять в розчин з кальцинованою содою. При метас вводять в розчин в сухому вигляді. При менших значеннях розчин підлужнюють. Якщо небажане підвищення в’язкості розчину, то для зниження фільтрації використовують полімери у вигляді водних розчинів. Для приготування 1 м³ рідкого акрилового полімеру потрібно: 80 кг метасу; 28 кг і решта – вода.

Оксиетилцелюлозу в сухому вигляді для обробки розчину майже не використовують тому, що час повного розчинення її складає 20÷24 години.

Структурно-механічні властивості соленасиченого розчину підвищують шляхом введення попередньо гідратованого глинопорошку, який приготовлений з ВЛР або без нього і стабілізований полімерним реагентом.

В’язкість соленасиченого розчину знижують з допомогою 5÷10%-ного водного розчину лігносульфонатного реагенту. Для приготування 1 м³ 5%-ного розчину реагенту потрібно: 50 кг ФХЛС, 10 кг і решта – вода.

Структурно-механічні властивості розчину можна також зменшити 1÷4%-ними розчинами КМЦ, ОЕЦ, ЕКР, розсолом або водою.

2 При високих температурах, коли різниця в розчинності солі на гирлі і вибої свердловини велика, знаходять застосування перенасичені бурові промивальні рідини. Надлишок тонкоподрібненої кам’яної солі, перед введенням в соленасичений розчин, гідрофобізують нафтою у співвідношенні 10:1. Для покращання стабільності в перенасичену систему додатково вводять аніон-активні ПАР (сульфонол тощо) та полімери.

3. Якщо в соленасичених розчинах присутні іони лужноземельних металів ( ; ) у великій кількості, то стабілізацію розчину бажано проводити з допомогою комплексного реагента, який складається з нафти, бітума, ОЕЦ (КМЦ), крохмалю у співвідношенні 50:5:5:5. Комплексний реагент отримують таким шляхом. Спочатку готують 0,5% водний розчин ОЕЦ (КМЦ) та (0,5÷1,0)% водний розчин ЕКР. Інтенсивно перемішуючи ці розчини протягом 2÷3 годин отримують однорідну суспензію, а потім в неї вводять 10% нафтовий концентрат, який складається з двох частин нафти та однієї частини окисленого бітуму. Для отримання стійкої емульсії в комбінований реагент вводять (0,2÷0,3)% сульфонолу.

4. У всіх соленасичених розчинах домішка нафти в кількості 8-12% не тільки покращує мастильні, фільтраційні та структурно-механічні властивості, але і сприяє зниженню розчинності солей та , а також запобігає інтенсивній рекристалізації солей при охолодженні розчину на поверхні. Аніоноактивні ПАР, введені в соленасичений розчин, підсилюють дію нафти.

5. При температурі вище 100С для розрідження соленасиченого розчину, особливо стабілізованого ОЕЦ та акриловими полімерами, використовують малі домішки (0,01÷ 0,02%) солей хрому.

6. Стабілізовані розчини, насичені , незначно забруднюють продуктивні горизонти і коефіцієнт відновлення проникності досягає до 0,95. Тому ці розчини можна використовувати для розкриття продуктивних горизонтів.

Розчини, насичені або перенасичені бішофітом, карналітом, сильно кольматують продуктивні горизонти, особливо, коли в них присутні води гідрокарбонатно натрієвого типу.

Азбестосолегелевий розчин

Характерною особливістю азбестосолегелевого розчину є те, що основним кольматуючим, кірко- та структуроутворюючим компонентом є азбест 6-го сорту (П-6-30; П-6-45; К-6-20 тощо), який для збільшення дисперсності та покращення сорбційної активності, попередньо оброблений в розчинах “кислих” солей (сульфата алюмінію, алюмоаміачних квасців). Понижувачем фільтрації в цьому розчині виступає карбоксиметилцелюлоза (КМЦ), а регулятором рН – каустична сода ( ). Мінералізацію розчину до повного насичення здійснюють домішкою повареної солі ( ).

Область застосування. Азбестосолегелевий розчин в основному використовують для розкриття тріщинуватих та високопористих, продуктивних пластів, які при незначних репресіях можуть поглинати промивальну рідину. Окрім цього, азбестосолегелевий розчин можна застосовувати для розбурювання соляних відкладів з пропластками теригенних порід, в яких спостерігаються низькі пластові тиски.

Границя термостійкості азбестосолегелевого розчину залежить від марки КМЦ, яка використовується для його стабілізації і коливається в межах від 130С до 160С.

Склад розчину. Для приготування 1 м³ азбестосолегеле-вого розчину необхідно: 7÷10 кг азбесту 6-го сорту; 5÷10 кг сульфату алюмінію (алюмоаміачних квасців); 15÷20 кг КМЦ; 3÷5 кг каустичної соди; 300 кг хлористого натрію, вода – решта.

Порядок приготування розчину. Азбестосолегелеві розчини можна приготувати за двома схемами, які відрізняються між собою порядком введення КМЦ.